原子炉を使ったニュートリノ振動パラメータの精密測定

使用核反应堆精确测量中微子振荡参数

基本信息

批准号：
04J03111
负责人：
清水格
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03111/
关键词：
ニュートリノニュートリノ振動現象

项目摘要

KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector)実験では、液体シンチレータの大発光特性を生かし、平均距離、約180kmの原子炉や地球から飛来する反ニュートリノの観測を行なっている。昨年度までの原子炉ニュートリノの研究で、99.998%の信頼度でニュートリノの消失を確認すると同時に、ニュートリノ振動の重要な特徴となるスペクトルの歪みも99.78%の信頼度で確かめられた。KamLANDにおいて振動パラメータをさらに精密に測定するには、統計量の拡大と系統誤差の縮小が必要となる。統計量の拡大にはこれまでの半径5.5m球の有効体積(697m^3)を拡大し検出器外側のデータも解析に取り入れることが目標となる。有効体積を拡大するにあたって、最も顕著なバックグラウンドは検出器外側と低エネルギー領域にある偶発イベントであるが、これらのイベントは検出閾値を高くすることで除かれる。また、ミューオン起源の高速中性子は検出器外側に集中する。エネルギーの高い領域では、高速中性子のバックグラウンドが支配的になるため、ミューオンの軌跡と中性子生成のプロセスを含めた詳細なシミュレーションが必要となる。検出器に到達する高速中性子数を見積もる際に、最も不定性が大きいのはミューオンによる中性子の生成プロセスである。この不定性を抑えるために、検出器外側にある外部検出器を通過したミューオンを用いて、中性子生成量に対する校正を行なう。外部検出器との同時計測を用いて観測された中性子生成量とミューオンフラックスから予想される生成量との違いは1.5倍程度であった。また、ミューオンが外部検出器を通過しない場合でも、約半数はミューオンがおこす電磁シャワーによって外部検出器で観測できることが分かった。この結果、原子炉ニュートリノの観測エネルギー領域において高速中性子のバックグラウンドは全体積で0.002events/day程度となり、原子炉ニュートリノイベント数0.8events/dayに対して十分に小さくなることが確かめられた。2002年3月9日から2004年10月31日までのデータ(749.1日)を用いて解析を行い、3.0MeV以上のエネルギー領域において有効体積をこれまでの半径5.5m球から半径6.0m球に拡大したところ、統計量は1.3倍となり振動パラメータに対する感度が向上した。その結果、>99%の信頼度で振動パラメータを質量2乗差Δm^2=7.9x10^<-5>eV^2付近のみに絞り込むことができた。

在Kamland（Kamioka液体闪烁体的抗神经探测器）实验中，我们利用了液体闪烁体的较大排放特性，并且观察到核反应器的平均距离约为180 km，而抗土中的抗内心就是。直到去年的反应堆中微子的研究证实了中微子的消失，可靠性为99.998％，同时也证实了光谱失真（这是中微子振荡的重要特征），也证实了99.78％的可靠性。更精确的振动参数的测量需要扩大统计数据并减少系统错误。扩展统计数据的目的是增加半径550万的有效体积（697m^3）（697m^3），并将检测器以外的数据纳入分析。在增加有效体积的过程中，最突出的背景是在检测器之外和低能区域内的意外事件，但是通过增加检测阈值来消除这些事件。此外，MUON起源的快速中子集中在检测器之外。在高能量区域，快速中子的背景主导着，这需要详细的模拟，包括muon轨迹和中子产生过程。当估计到达检测器的中子的快速数量时，最不确定的是muons产生中子的过程。为了抑制这种不确定，通过检测器以外的外部检测器的若子，用于对中子产生的量进行校准。使用外部检测器同时测量观察到的中子产量量与MUON通量预期的生产量之间的差异约为1.5倍。还发现，即使MUON未通过外部检测器，Muons产生的电磁淋浴就可以在外部检测器中观察到大约一半的MUON。结果，已经证实，反应堆中微子观察到的能量区域中快速中子的背景在整体体积中约为0.002事件，并且对于反应堆中微子事件的数量，它足够小。从2002年3月9日至2004年10月31日，使用数据（749.1天）进行分析，当有效体积在3.0 meV或更高的能量范围内增加到3.0 meV时，从前5.5 m球到6.0 m球体，统计量提高了1.3倍，提高了对振动参数的敏感性。结果，振动参数只能缩小到质量平方差附近的振动参数Δm^2 = 7.9x10^<-5> ev^2，可靠性> 99％。