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- ともみ ゆきしげ
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1 反ニュートリノでの測定を開始した T2K 実験の最新結果 市川温子京都大学 for the T2K collaboration 1
2 初めの 5 分間 : ニュートリノ振動の説明 内容 知っている人は説明の粗さ探しをしていてください ( または寝るのも可 ) ( または パワーポイントアニメーション技術を楽しんでください ) 次の 5 分間 : 反ニュートリノも測ると何がわかるのか? 知っている人は説明の粗さ探しをしていてください ( または寝るのも可 ) 次の10 分間 : T2K 実験の最近 次の20 分間 : T2K 実験の最新結果 neutrino2016の結果を見た人へ CPTテストが新しくリリースされました! データが1 週間分 増えています! 新しいappearance sampleのデータをオープン! 最後の 5 分間 : 今後の展望 2
3 それぞれ重さが違う 軽い 重い クオーク レプトン アップ チャーム トップ ダウン ストレンジ ボトム 電子 ミュー タウ 電子ニュートリノ ミューニュートリノ タウニュートリノ 電荷が違う 電荷を持ってない 重さも ( ほとんど ) ない どうやって区別する? 物質を構成する素粒子 3
4 電子 ミュー粒子 タウ粒子は物質に当たって 弱い力 でひっくり返ると 電子ニュートリノ 電子 ミューニューミュートリノ タウニュータウトリノ 電子は 物質中で弱い力を受けて電子ニュートリノになる ミュー粒子は ミューニュートリノになる タウ粒子は タウニュートリノになる コインの表と裏 4
5 ニュートリノは 物質に当たって 弱い力 でひっくり返ると 電子 電子ニュー トリノ ミューニューミュートリノ タウニュータウトリノ 電子ニュートリノは 物質中で弱い力を受けて電子になる ミューニュートリノは ミュー粒子になる タウニュートリノは タウ粒子になる コインの表と裏 5
6 表 電子 ミュー タウ 裏 電子ニュートリノ ミューニュートリノ タウニュートリノ 電子 ミュー粒子 タウ粒子それぞれに対応したニュートリノがある 電子の裏側を電子ニュートリノミュー粒子の裏側をミューニュートリノタウ粒子の裏側をタウ粒子と名付けた (1960 年代 ) 電子ニュートリノを裏返したら電子しか出てこない ミュー粒子やタウ粒子には決してならない ( と 1990 年ころまで ) 思われていた 6
7 地下 1000 メートル 50,000 トンの水タンク 11, inch(~50cm) 光電子増倍管 電子 42m C Scientific American 39m スーパーカミオカンデ検出器 7
8 地下 1000 メートル 50,000 トンの水タンク 11, inch(~50cm) 光電子増倍管 ミュー 42m C Scientific American 39m スーパーカミオカンデ検出器 8
9 電子 ミュー 電子ニュートリノが来たのか ミューニュートリノが来たのかを区別できる スーパーカミオカンデは 電子とミュー粒子を区別できる 9
10 C Scientific American 42m タウ粒子は重いので コインをひっくり返すことができない 素通り ( たまにエネルギーの高いタウニュートリノが来るとひっくり返ることもある ) 39m タウニュートリノが来ると 10
11 周波数が低い ( 波長が長い ) 周波数が高い ( 波長が短い ) エネルギーが大きいほど周波数が高い同じエネルギーでも 重い粒子は周波数が高い 周波数が違う ということは 粒子がそれぞれ進み方の違う時計を持っているようなもの 素粒子は空間を波のように伝わっていく 11
12 重さによる種類分けと コインの裏表で決める種類が同じとは限らない 違っていたら? ミューニュートリノと思っているものは 何種類かの異なる質量をもった波の重なった状態! ミュー ニュートリノ タウ ニュートリノ 電子ニュートリノ ミューニュートリノ タウニュートリノのそれぞれのニュートリノが何種類かの進み方の異なる時計を持っていることになる! ミューニュートリノ タウニュートリノ ニュートリノに ( ごくわずかの ) 重さがあったら? 12
13 ミュー ニュートリノ タウ ニュートリノ A の波と B の波は異なる速さで進む 数百キロメータ進むうちに ニュートリノ振動! タウニュートリノ! ミューニュートリノ タウニュートリノ 走った距離 13
14 J PARC で作ったミューニュートリノの大部分がタウニュートリノになって スーパーカミオカンデを素通りする Near Detector Pure beam 280m ミュータウニュートリノ T2K (Tokai to Kamioka) 長基線ニュートリノ振動実験 14
15 T2K では稀に電子ニュートリノになって スーパーカミオカンデで捕まえられるのを探す T2K (Tokai to Kamioka) 長基線ニュートリノ振動実験 Near Detector Pure beam 280m ミュー電子ニュートリノ 15
16 最大約 5% が変化 (20 回に 1 回電子ニュートリノに変わる ) T2K 信号の予想 バックグラウンド 28 個見つかった!2013 年 7 月 (7.3) 16
17 粒子の持っている時計は 逆回転することがある! 逆回転する粒子は 反対符号の電気を運んでいるように見える 電子 : マイナスの電気を運ぶ 逆回転している電子 : プラスの電気を運ぶ 反電子 ( 陽電子 ) 17 いよいよ反粒子の登場
18 物質を構成する素粒子反素粒子上に をつける 電荷 のクオーク u c t 電荷 のクオーク u c t 電荷 のクオーク d s b 電荷 0のレプトン ( ニュートリノ ) e 電荷 のレプトン e 電荷 のクオーク d s b 電荷 0のレプトン ( ニュートリノ ) e 電荷 のレプトン e 反粒子 18
19 時計が二つの場合 作ったのとは別のニュートリノが現れる波の様子 二つの針をどこから始めても 結果は同じ ニュートリノ 時計が三つの場合は 三つ目の針の場所によって 結果が違ってしまう 粒子と反粒子が異なる振る舞い方をしてしまう! 物質 反物質対称性 (CP) の破れ!( 小林 益川の理論 ) CP の破れはクオークでは見つかっているが ニュートリノではまだ見つかっていない 反ニュートリノニュートリノは3 種類あるので重さも3 種類 (= 時計が3つ ) 19
20 Weak Eigenstates e e U MNS m 3 m 1 m 2 Mass Eigenstates i c13 0 s13e c12 s12 UPMNS 0 c23 s s12 c12 i 0 s23 c 23 s13e 0 c ( c cos, s sin ) (+ 2 Majorana phases) Mixing Matrix ij ij ij ij Δ
21 ( c ij cos, s ij ij sin ) ij U PMNS c s s c c 0 s13e 13 i s 13 0 e c 13 i c s s c Atmospheric, Δ, (, MO), Δ (,MO), Δ Solar Accelerator Reactor Neutrino Oscillation Measurements 21
22 ( c 0 c13 0 s13e s i c 23 s13e 0 c cos, s sin ) i UPMNS c23 s12 c s One Page Summary Unknown Mass Ordering normal: inverted: ev 2 ~30 ij 45? ev 2 ij ij ij 13 normal inverted CP phase KEY to understand the origin of matter dominant universe c 0 s Big Impact on 0 double decay search (hence on Majorana confirmation) inverted 1 ton detector normal > 100 ton detector 22
23 ~60 ~70 looks large, but cannot explain matter dominant universe. is dependent on definition. Jarlskog Invariant : independent of definition. show the size of CP violation effect. sin 2 sin 2 sin 2 cos sin sin PDG2015 NEUTRINOMASS,MIXING, AND OSCILLATIONS sin sin 0.09 sin 0.58 ニュートリノ振動で CP の破れが見えたからといって 即物質優勢宇宙を説明できる訳ではないが 物質優勢宇宙を説明できるくらい大きな CP の破れの源となる得る ということ Leptonic CPV can be much larger than Quark s 23
24 Neutrino beamline Proton Accelerator Target&Horns Decay Volume Beam dump monitor Near Detector Far Detector A few 100 m ~ a few km A few 100 km Toroidal magnetic field by `horn focuses beam or beam Example: ~1/cm 2 /s at T2K far detector(295 km away) (@750 kw proton beam power) Components of the Long Baseline Neutrino Experiment 24
25 antineutrino( ) mode flux flux peak ~0.6 GeV oscillation maximum flux is ~10% less than flux. (anti ) contamination < 1% based on CERN NA61/SHINE p C data (collaborating work ) careful beam monitoring ~8% uncertainty at peak near to far extrapolation << 2% uncertainty Correlation between Near flux and Far flux T2K Neutrino Flux 25
26 oscillation mixing matrix (PMNS) if (disappearance だけを測る場合 ) Imaginary part vanishes! CP の破れを見るのは Appearance の測定が必要 Neutrino oscillation formula 26
27 m 2 m 2 32 m P m L 1 sin 2 sin sin 2 sin x E Leading term Cannot distinguish and 90 Next to leading Energy dependent maximum at ~0.6 GeV for =295km disapp. probability depends on sin sin 2 23 to second order > Can be used in combination with known sin 2 2θ 13 to resolve the θ 23 octant disappearance probability for longbaseline accelerator experiment 27
28 P( e) 4C 8C 8C 4S S C C S 2 13 Leading term ~5% at oscillation maximum と で決まる は原子炉測定で良く測られている C 13 S 23 ( C 2 13 S S S 2 23 ( C S C S 2 23 sin C cos S sin sin S S S S 13 S 23 sin 2C )cos C sin S S sin S sin 21 cos )sin 2 21 θ13 CPC CPV Solar C ij ij cos, S m 2 ij ij L 4E ij sin for ij CP-violating term introduced by interference up to 27% of leading term e appearance probability for long baseline accelerator experiment (in vacuum) 28
29 a 2 P( e) 4C 13 S13 S sin 2 C C C S S S m 31 C ij cos, S P( e ) ij ij sin, ij ij m 2 ij L 4E ±27% effect for 45 e appearance probability at oscillation maximum (deg) 29
30 a 2 P ( e ) 4 C 13 S 13 S sin 2 C C C S S S m 31 C ij P( e ) cos, S ij ij sin, Normal mass ordering ij ij m 2 ij L 4E Matter effect 5 2 a 2 2G nee ev gcm F 3 E GeV e feels different potential than and in earth. Inverted mass ordering ±27% effect for 45 e appearance probability at oscillation maximum This matter effect size corresponds to T2K. (>x2 bigger for NOvA, MINOS and so on.) (deg) δ -δ, a -a for P(νμ νe) 30
31 e appearance probability and T2K flux 31
32 POT = protons on target today Run1 7c data 19% of goal 420 kw! e appear. 2.5 e appear. 3.1 first constraint on CP e appear. 7.3 mode beam big improvements on beam intensity! target cooling He leak problem T2K data taking and physics release history 32
33 POT = protons on target today Run1 7c data 19% of goal 420 kw! e appear. 2.5 e appear. 3.1 first constraint on CP e appear. 7.3 mode beam big improvements on beam intensity! target cooling He leak problem T2K data taking and physics release history 33
34 Tiny leakage of target cooling Helium gas was found in July Target cooling pipe repair 34
35 events/remote handling help desk 本番の画像あり に Target cooling pipe repair movie from rehearsal 35
36 Analysis and Results 36
37 nucleus cross section nucleus cross section 2p 2h 2p 2h cross section is ~1/3 of CCQE Main Signal (Charged Current Quasi Elastic) N 2p 2h Complexity due to multi body interaction in nucleus. Cannot be derived from 1 st principle measurement is important! CC resonant pion production (anti )neutrino nucleus interaction 37
38 The T2K off axis near detector: ND280 38
39 FGD1: finely segmented scintillator bars FGD2: finely segmented scintillator bars + water B=0.2 T off axis near detector : ND280 39
40 CC0 sample CC1+ sample CC other sample tuning flux and cross section by fitting data (, distribution of samples) neutrino measurement at ND280 40
41 CC 1track sample CC >1 track sample tuning flux and cross section by fitting data (, distribution of samples) antineutrino measurement at ND280 41
42 mode flux normalization mode flux normalization QE Axial Mass Carbon Fermi mom. Carbon 2p 2h norm. Carbon bind. energy Oxygen Fermi mom. Oxygen 2p 2h Oxygen bind. energy flux and cross section tuning by ND280 data 42
43 Simulated event display e Signal for appearance Signal for disappearance Water Cherenkov Detector Very good PID for sub-gev particles mis-identification ~1% T2K Far Detector Super Kamiokande 43
44 (anti)muon neutrino candidates ν mode run 0.53 mode run 64 (anti)electron neutrino candidates mode run mode run / / Normal Inverted Normal Inverted / / other bkg. 2.2 Expected number of events 44
45 Uncertainty on the predicted number of events 45
46 mode data sin 2 selection cut sequence mode data and event selection result 46
47 CPT theorem / disappearance is insensitive to matter effect. If we observe, it may be due to CPT violation or non standard interaction with matter. Near detector disappearance 47
48 Comparison to previous result Consistent with disappearance disappearance 48
49 Joint fit of samples to determine 49
50 50
51 FCFV selection cut sequence expected distribution for signal and background 1 ring e like vis Decay e rec cut p distribution of emitted electron signal e beam wrong sign bkg. e beam dot : data color : expectation NC other background / event selection result 51
52 mode run Normal Inverted mode run Normal Inverted and selected event distributions 52
53 (NO) neutrino2016 の発表時 32 events 今回 mode で 1 週間分追加合計 32 events T2K Run1 7c and selected event distributions 53
54 (NO) neutrino2016 の発表時 32 events 今回 mode で 1 週間分追加合計 32 events T2K Run1 7c and selected event distributions 54
55 Run1 4 ( mode only) Fits uses both momentum and angle information. reactor measurement band no CPV vs 55
56 T2K + reactors θ 13 90% C.L. allowed regions v.s. comparison to sensitivity at, NO Feldman-Cousins critical 2 values for 90 % C.L. no CPV 90% Confidence Interval: Normal mass ordering 3.13, , 22 Inverted mass ordering 2.09, , 42 Confidence Level 56
57 Weak preference on normal mass ordering and 45 T2K Run1 7c preliminary Normal Inverted sum 45 29% 10% 39% 45 46% 14% 61% sum 75% 25% 100% Bayesian Posterior Probabilities 57
58 Prospects 58
59 J PARC Intensity Upgrade Plan 59
60 Target Beam power 1.3 MW 20x10 21 POT by 2025~2026 Increase effective statistics by up to 50% horn current, SK fiducial volume, new event samples Reduce systematic error ~6% ~4% targeted scenario achieved T2K II target POT T2K approved POT Expected number of events (1:1 : running case) sample : 455 evts±20% change depending on sample : 129 evts±13% change depending on T2K II target statistics and systematics 60
61 Expected number of events (for normal mass ordering) ~10% increase of statistics tag by #decay e events observed Example of additional samples:cc1pi+ sample 61
62 Mass hierarchy known case Assuming 1:1 : running >3 C.L. for 99% C.L. for ~50% of if mass hierarchy known 2 T2K II Sensitivity to CP violation 62
63 J PARC MR power has reached ~420kW 反ニュートリノビームでデータを取り始めた! 7.57x10 20 protons on target w/ neutrino beam 7.53x10 20 protons on target w/ antineutrino beam 19% of goal statistics We observe 32 nue and 4 nuebar candidates, when we expect around 24 and 7 respectively with no CP violation (assuming normal mass ordering) 90% Confidence Interval 179, 22 for normal mass ordering 120, 42 for inverted mass ordering To discover CPV, need more data! but may be reachable by T2K( II)! Summary 63
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TKK の物理的可能性 an extension of the TK neutrino oscillation experiment with a far detector in Korea 岡村直利 ( 京大 基研 ) 関西セミナーハウス (007/03/7( 007/03/7) based on hep-ph/050406 [Phys.Lett.B637,66 (006)] hep-ph/060755
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masato@icrr.u-tokyo.ac.jp 996 Start 997 998 999 000 00 00 003 004 005 006 007 008 SK-I Accident Partial Reconstruction SK-II Full reconstruction ( SK-III ( ),46 (40%) 5,8 (9%),9 (40%) 5MeV 7MeV 4MeV(plan)
目次 T2K 実験 ニュートリノ振動解析 外挿 ( 前置検出器 後置検出器 ) の 手法 Toy MCによるデモンストレーション まとめ 2
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T2K 実験 南野彰宏 ( 京都大学 ) 他 T2Kコラボレーション平成 25 年度宇宙線研究所共同利用成果発表会 2013 年 12 月 20 日 1
T2K 実験 南野彰宏 ( 京都大学 ) 他 T2Kコラボレーション平成 25 年度宇宙線研究所共同利用成果発表会 2013 年 12 月 20 日 1 T2K 実験 J- PARC でほぼ純粋な ν µμ ビームを生成 生成点直後の前置検出器と 295km 離れたスーパーカミオカンデでニュートリノを観測 ニュートリノ振動の精密測定 T2K 実験における振動モード 1. ν µμ ν e (ν e
nenmatsu5c19_web.key
KL π ± e νe + e - (Ke3ee) Ke3ee ν e + e - Ke3 K 0 γ e + π - Ke3 KL ; 40.67(%) Ke3ee K 0 ν γ e + π - Ke3 KL ; 40.67(%) Me + e - 10 4 10 3 10 2 : MC Ke3γ : data K L real γ e detector matter e e 10 1 0 0.02
2 内容 大気ニュートリノ スーパーカミオカンデ ニュートリノ振動の発見 検証 今後のニュートリノ振動の課題
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T2K実験とは T2K実験 東海-神岡295km 長基線ニュートリノ振動実験 T2K実験の目的 1. νe appearanceの探索 T2K俯瞰図 νe SK 295km J-PARC θ13 の測定 (感度 sin 2θ13>0.006) P(νμ νe) = s223sin22θ13sin2(
Of-Axis前置検出器を用いたT2K実験 ニュートリノビーム測定 2011/03/26 関西高エネルギー発表会, 大阪大学 矢野孝臣 原俊雄 鈴木州 青木茂樹A 家城佳B 南野彰宏B 中 家剛B 他T2K-SMRDグループ 神大理 神大発A 京大理B 1 T2K実験とは T2K実験 東海-神岡295km 長基線ニュートリノ振動実験 T2K実験の目的 1. νe appearanceの探索 T2K俯瞰図
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SK-Gd (ICRR) 30 2018 12 21 SK-Gd SK!2 !3 ls of SK Solar ν measurement rvation of day-night asymmetry far, B8, 2.5σ indication Hep reported at NEUTRINO2014) nalizing all SK-IV data very of the transition
PowerPoint プレゼンテーション
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Μ粒子電子転換事象探索実験による世界最高感度での 荷電LFV探索 第3回機構シンポジューム 2009年5月11日 素粒子原子核研究所 三原 智
µ COMET LFV esys clfv (Charged Lepton Flavor Violation) J-PARC µ COMET ( ) ( ) ( ) ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B 2016 J- PARC µ KEK 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 clfv clfv clfv clfv clfv clfv clfv
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