K2K実験用の新しい電磁カロリメータの研究開発

用于K2K实验的新型电磁量热仪的研发

基本信息

批准号：
12047215
负责人：
中家剛
金额：
$ 3.65万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動実験(KEK E362実験、通称K2K実験)の性能向上のため、電子ニュートリノの識別能力を飛躍的に向上させる電子カロリメータの研究関発を行った。検出器の基礎コンポーネントであるシンチレータの関発を主に行い一定の成果を得た。検出器は抽出法で製作されたシンチレータ(1cm×2cm×300cm)に波長変換ファイバー(1.5mmΦ)を通し、その光量を多チャンネル光電子増倍管で測定する。種々の関発を経て、シンチレータ1チャンネル当り平均20光電子の光量を得ることに成功した。また各シンチレータ毎にエネルギー測定を行うことで、電子ニュートリノの識別に加えて、ニュートリノ反応での陽子の同定、陽子の運動量測定、バックグラウンドπの除去、粒子数の計測が可能となる。陽子の同定と運動量測定、πの除去に関しては、KEKでビームテストを行い実際にその性能を測定し、シミュレーションの予想通りであることを確かめた。このため当初の目的であった電子ニュートリノの識別に加えて、ニュートリノの準弾性散乱を使ったニュートリノフラックスの測定、各種ニュートリノ反応の識別(準弾性散乱・1π生成・多粒子生成反応・中性カレント反応)も可能となるように検出器全体の設計を変更した。実際に実験で使用される検出器は総数2万チャンネルを持ち、全体積をニュートリノ標的とできる全感知型シンチレータ飛跡検出器としてデザインを行う。この新検出器は2001年度のKEK陽子加速器レビュー委員会で最高評価を得、2003年度夏に実験ホール設置で現在関発が進められている。この新検出器が導入されれば、K2K実験のニュートリノ振動探索感度を2倍以上上げることが可能となる。また、これまであまり系統的に研究されてこなかったGeV領域のニュートリノ相互作用の詳細な研究が可能となる。

为了提高筑波-神冈长基线中微子振荡实验（KEK E362实验，俗称K2K实验）的性能，我们对电子量热仪进行了研究，大幅提高了电子中微子的识别能力。我们主要研究探测器的基本部件——闪烁体，并取得了一定的成果。检测器将波长转换光纤（1.5mmΦ）穿过采用提取法制作的闪烁体（1cm×2cm×300cm），并用多通道光电倍增管测量光量。经过各种实验，我们成功获得了每个闪烁体通道20个光电子的平均光强度。通过测量每个闪烁体的能量，除了识别电子中微子之外，还可以识别中微子反应中的质子、测量质子动量、去除背景π以及测量粒子数。关于质子识别、动量测量和 π 去除，我们在 KEK 进行了束流测试，以实际测量性能并确认其与模拟预测的一致。为此，除了识别电子中微子的初衷外，我们还利用中微子的准弹性散射来测量中微子通量，识别各种中微子反应（准弹性散射、1π产生、多粒子产生反应、中性电流）。改变检测器的设计以实现反应。实验中实际使用的探测器共有20000个通道，被设计为全传感闪烁体径迹探测器，可以瞄准整个中微子体积。这种新型探测器于2001年获得了KEK质子加速器审查委员会的最高评价，目前正在生产中，并于2003年夏天安装了实验厅。如果安装这种新探测器，K2K实验搜索中微子振荡的灵敏度将可能提高一倍以上。此外，对GeV区域中微子相互作用的详细研究也将成为可能，而这方面迄今为止尚未得到系统研究。