反物質が消えた謎にニュートリノで迫るT2K実験、 飛躍的に測定精度を高める新しい段階へ 〜 加速器増強による過去最多のニュートリノ生成と新型検出器の初稼働に成功 ~

増強したニュートリノ生成装置の主要部 (左) と今回導入した新型検出器 (右) のイメージ図

T2K実験国際共同研究グループ
高エネルギー加速器研究機構
東京大学宇宙線研究所
J-PARCセンター

本研究成果のストーリー

Question

T2K実験は、素粒子であるニュートリノとその反粒子である反ニュートリノの性質の違いを調べる実験を行っています。性質が明らかに異なると言うためには、「より多くのニュートリノを観測すること」、また「ニュートリノと物質(原子核)の反応の過程を深く理解すること」が課題でした。

Findings

大強度陽子加速器施設J-PARCでは、人工ニュートリノをつくるための陽子加速器を増強しました。またT2K実験国際共同研究グループは、この改修に併せてニュートリノ生成装置の増強を行いました。その結果、単位時間当たり過去最多のニュートリノを生成できるようになりました。さらに、新たに新型の前置検出器をJ-PARC内に設置したことによって、ニュートリノを観測する際の原子核との反応を従来より高精細に観測できるようになりました。

Meaning

T2K実験は、これまでにニュートリノと反ニュートリノの性質の違いの大きさを表す量に世界で初めて強い制限を与えるなどの成果を出していますが、今回の改善で飛躍的に精度を高める新たな段階に入りました。ニュートリノと反ニュートリノの性質の違いを調べることは、宇宙から反物質が消えた謎の解明に繋がります。今後もニュートリノ研究で世界をリードすると期待されます。

 

概要

T2K実験国際共同研究グループは、増強されたニュートリノビームと新型ニュートリノ検出器を用いた実験データ取得を2023年12月より開始しました。これにさきだち、KEK/J-PARCセンターはメインリング加速器およびニュートリノビームラインの出力を増強する改修を行い、より多くの陽子をニュートリノ生成施設に供給することができるようになりました。2023年11月から陽子ビームを用いた調整運転をはじめ、増強前と比較して約40%増の過去最高ビーム強度(約710キロワット)での定常的なニュートリノビーム生成を達成しました。また12月25日にはメインリング加速器の当初の目標性能を超える760キロワットでの連続運転にも成功しました。T2K実験は、ニュートリノ生成装置の増強を行い、生成装置の心臓部であるパルス電磁石(電磁ホーン)の印加電流を従来の25万アンペアから32万アンペアにしました。これにより陽子ビームと標的との反応で生成されたニュートリノの素となる荷電粒子の収束効率が向上し、ニュートリノビームの強度を10%程度増加することができました。また、ニュートリノ反応を従来よりさらに高精細に測定できる新型検出器群を設置しました。新しく設置した検出器は、その内部で起きたニュートリノ反応の反応点周りの飛跡を検出するSuperFGD、従来の検出器がカバーしていなかった大角度方向に放出された粒子の運動量測定などを行うHigh-Angle TPC、粒子の飛来方向同定や粒子識別などを行うTime-of-Flightからなります。これらの新しい装置により従来の検出器では捉らえることが出来なかった反応点周りの飛跡や大角度方向に放出された反応生成粒子を観測できるようになり、T2K実験は飛躍的に精度を高めた測定が可能になる新たな段階に移行しました。ビーム運転開始後の新型検出器の調整運転で、ニュートリノ事象候補の観測に成功しました。

 

T2K実験は2020年、世界で初めてニュートリノと反ニュートリノの振る舞いの違いの大きさを示す物理量(CP位相角)に大きな制限を与えました。これらの増強で今後も世界をリードする実験によりその検証を進めることで、ニュートリノの性質の理解がさらに進み、宇宙から反物質が消えた謎の解明に繋がると期待されます。

 

研究グループ

T2K実験国際共同研究グループは、世界14の国・国際機関にある78の研究機関から、約570人の研究者が参加する国際共同研究グループです。日本からは、大阪公立大学・岡山大学・京都大学・慶應義塾大学・高エネルギー加速器研究機構・神戸大学・総合研究大学院大学・東京工業大学・東京都立大学・東京大学・東京大学宇宙線研究所・東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構・東京理科大学・東北大学・宮城教育大学・横浜国立大学の研究者と大学院生総勢130名が参加しています。

 

問合せ先

高エネルギー加速器研究機構(KEK)広報室
Tel: 029-879-6047
e-mail: press@kek.jp


詳しくは  プレスリリース  をご参照ください。

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