ニュートリノ

ニュートリノの物理と
(T2Kの)最新結果
横山 将志 （東京大学）
高エネルギー物理 春の学校 @ 彦根
2011/05/14
The Particle Zoo
弱い相互作用
ニュートリノ
電磁相互作用
©The Particle Zoo, LLC
http://www.particlezoo.net/
春の学校@彦根, 2011/5/14
強い相互作用
3
ニュートリノで測る
ニュートリノ天文学
SN1987A
ニュートリノ太陽学
SKで 見た 太陽
(太陽νフラックス: 660億/cm2/s)
ニュートリノ地球科学
将来: Cosmic ν BG?
春の学校@彦根, 2011/5/14
4
ニュートリノを量る
in PDG2010
今後数年
KATRIN neutrino でググるとビデオもあるよ
ν=ν?
0νββ崩壊:<~0.1eV
(+Majorana!)
トリチウムβ崩壊:~0.2eV
KATRIN実験（欧）
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日本ではCANDLES,KamLAND-Zen,DCBAなど
(+宇宙論からの制限)
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ニュートリノ振動の発見
地球サイズでの量子干渉効果
41.4m
1998年
予想(振動なし)
予想(振動あり)
データ
40m
• スーパーカミオカンデ(SK)による
大気ニュートリノの観測
• 有限の質量
• 大きな混合角 (当時の“常識”と逆)
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2世代の場合
ニュートリノ振動
フレーバー固有状態
質量固有状態
|να> = cosθ|ν1>+sinθ|ν2>
|νβ> = -sinθ|ν1>+cosθ|ν2>
θ:混合角,
Δm2=m12-m22
P(να→να)=1-sin22θ·sin2(1.27Δm2[eV ]·L[km]/E[GeV])
P(να→νβ)=sin22θ·sin2(1.27Δm2·L/E)
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
L
θやΔm2が0なら起こらない
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7
その後
• SNO + Super-K
• 太陽ニュートリノ問題
SNO (2001)
KamLAND (2002)
→ニュートリノ振動
• KamLAND（原子炉）
• 太陽νのLMA解
• K2K（加速器）
• 「大気ニュートリノ」
振動の確認
•
K2K(2004)
実線:予想
振動あり
MINOS, OPERA
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振動なし
8
現状まとめ (by村山さん)
LSND/MiniBooNE, ??
“atmospheric” 領域
“solar” 領域
3世代の混合行列
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ν振動：次のステップ
• 最後の混合角θ の測定
• その次のステップへの
?
• 3世代の混合 → CP非対称性
0.97383
0.2272
0.00396
• レプトジェネシス? 0.2271 0.97296 0.04221
• クォークとレプトンのより深い理解
0.00814 0.04161 0.999100
13












CKM行列











0.97383 0.2272 0.00396 

0.2271 0.97296 0.04221 


0.00814 0.04161 0.999100
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










MNS行列

 0.8–0.85 0.5–0.6

<
0.27








 0.3–0.5

0.5–0.7
0.56–0.8







0.3–0.5 0.5–0.7 0.6–0.8 

10
国際情勢
• 加速器実験
• 日本: T2K(2009-)
• 米国: NOvA(2013-)
• E~GeVのビームで，
νμ→νeの変換を探索
「出現」実験
• 原子炉実験
• 欧(+日米): Double Chooz (2011-)
• 韓: RENO (2011-)
• 中+米: Daya Bay(2012-)
• E~MeVのν →ν を探索
e
x(x≠e)
「消失」実験
θ13測定に向けた熾烈な争い
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~1 ν反応検出/日（実績）
→~7（設計値）σ(νN)~10fb @1GeV
m
5k
295km
29
Super-Kamiokande
(ICRR, Univ.Tokyo)
J-PARC 30GeV PS
(KEK-JAEA, Tokai)
Tokai-to(2)-Kamioka
•νμ→νeの探索 (θ13)
•νμ→νμの精密測定(θ23)
•その他?
~1015個/3秒のニュートリノ生成
ほぼ純粋な(99%)νμビーム
Br(π+→e+νe)~10-4 (なぜ?)
線形加速器
J-PARC Facility
(KEK/JAEA）
9x1013陽子/パルス
(世界最高記録)達成
3 GeV
陽子加速器
太平洋
νビーム
（神岡へ）
物質・生命科学
30 G
陽子 eV
加速
器
CY2007 Beams
JFY2008 Beams
JFY2009 Beams
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研究施設
ハドロン実験
Birdʼs eye photo in January of 2008
施設
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ニュートリノ実験施設
電磁ホーン
ミューオンモニター
ニュートリノモニター棟
標的
前置検出器用
一次ビームライン(superconduc+ng)
UA1 電磁石
(donated from CERN)
ビームダンプ
ターゲットステーション (He vessel)
4
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崩壊領域
14
解析済
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現在解析中
15
方向
定
安
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強度
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T2K 前置検出器
標的から~280m
Off-axis detector
(ND280)
SK方向のνの測定
“UA1” magnet
from CERN
On-axis detector
(INGRID)
ビームの方向，安定性
•MPPCを合計5万7千個使用
•2x2x0.7m3 TPC (MicroMegas)
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ν beam
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水平
鉛直
定
安
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ニュートリノ反応候補@ND280
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20
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GPSで同期
Number of events / 40nsec
10
UDFLW
OVFLW
0.
0.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1000 0
1000 2000 3000 4000
6T0 (nsec)
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23
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24
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Chooz excluded
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今のリミット
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νμ→νe振動を見つけたら
ハイパーカミオカンデ(仮称)
大強度ビーム
大型検出器
レプトン
セクターでの
CP非保存探索
J-PARC
大強度化
陽子崩壊の探索
液体アルゴンTPC
(丸山氏トーク)
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まとめ
• 混合角θ の測定が現在の焦点
• T2K実験の結果に乞うご期待
• CP violationの測定など将来計画の準備も
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30
おわり