J-PARCでのニュートリノ実験 “T2K” (東海to神岡) 長基線ニュートリノ振動実験

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1 J-PARCでのニュートリノ実験 “T2K” (東海to神岡) 長基線ニュートリノ振動実験
2004年5月18日 J-PARCでのニュートリノ実験 “T2K” (東海to神岡) 長基線ニュートリノ振動実験 高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 小林　隆

2 T2K (東海to神岡)長基線ニュートリノ振動実験
スーパーカミオカンデ T2K実験(2009~) ４０ｍ K2K (1999~2005?) J-PARCで生成したニュートリノを295km先の検出器 “スーパーカミオカンデ”で検出し、ニュートリノの性質を調べる。 Ｋ２Ｋ実験のおよそ１００倍のビーム強度

3 ニュートリノとは？ 物質を構成する基本粒子「素粒子」の仲間 なぜか３種類ある（？？） ほとんど何ともぶつからず通り抜ける。
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 ほとんど何ともぶつからず通り抜ける。 １９３０年、パウリが予言、発見は２６年後 電気的に中性、質量は非常に小さい（？） 壊れることなく永久に光速で飛びつづける（？）

4 素粒子の仲間 同じような性質を持ち重さが違う３つの階層がある。 なぜかは分からない。 素粒子物理の大きな課題の一つ。

5 ニュートリノはなぜかとても軽い。 他の素粒子に比べ何桁も軽い。 本当にどれだけの重さが有るのか分かってない。 上限だけが分かっている。
対数 ３ｇ １兆ｘ１兆 他の素粒子に比べ何桁も軽い。 本当にどれだけの重さが有るのか分かってない。 上限だけが分かっている。 なぜ軽いのか分かってない。(素粒子物理学の大きな課題) 1010 108 ニュートリノ以外の素粒子 106 104 ２ｇ １兆ｘ１兆ｘ１０００億 102

6 ニュートリノは、この間にやっと１回反応する程度
ニュートリノは物質となかなか反応しない ・・・・・・・・・・・・・ 地球を５０億個並べる（７光年の長さ） ニュートリノ ニュートリノは、この間にやっと１回反応する程度 太陽からのニュートリノの場合 地球 しかし、たくさんニュートリノがあれば、小さな物体でもどれかは希に反応する。

7 身近なニュートリノの例 太陽から来るニュートリノ
毎秒1平方ｃｍあたり約660億個。 宇宙から来る放射線(主に陽子)が大気で反応を起こし生成されるニュートリノ(大気ニュートリノ) 毎秒１平方ｃｍあたり約１個。 宇宙初期から宇宙を満たすニュートリノ ２ｍｘ２ｍｘ２ｍの大きさに約30億個 ５００００トンのスーパーカミオカンデで１日に検出できる反応の数　約２３個。

8 J-PARCの世界最大強度ビームを用いて、 ニュートリノ振動現象を詳細に調べることにより、 ニュートリノの重さ、世代間の関係を明らかにし、
T2K実験の目的 J-PARCの世界最大強度ビームを用いて、 ニュートリノ振動現象を詳細に調べることにより、 ニュートリノの重さ、世代間の関係を明らかにし、 極微の世界をつかさどる究極の法則を探求すること。

9 nt nm ニュートリノ振動とは？ ニュートリノが飛行中に別の世代のニュートリノへ変化する現象。 ニュートリノが重さを持つときに限り起こる。
変化の仕方は、飛行距離、ニュートリノの重さ、エネルギーによって決まる。 nt nm ミューニュートリノ タウニュートリノ

10 T2K実験での測定 電子ニュートリノを探す。(未発見。最重要課題) ミューニュートリノの減少を測る。性質の解明。 ミューニュートリノ
を作る。 J-PARC (東海) 電子ニュートリノを探す。(未発見。最重要課題) ミューニュートリノの減少を測る。性質の解明。

11 人工ニュートリノビームの作り方 陽子を光速の９９．９８％に加速し標的に当て、大量のπ中間子を生成。(3.6秒に１回３００兆個の陽子)
π中間子を磁石で神岡方向に収束。 π中間子が崩壊パイプを飛行中に崩壊しミューニュートリノが生成される。 ニュートリノ以外の粒子をビームダンプ(ニュートリノフィルター)で全てとめる。 生成直後のニュートリノの性質を「前置検出器」で測定。

12 J-PARC敷地内のニュートリノ生成装置
50GeVシンクロトロン 3GeV RCS ニュートリノ 発生装置 リニアック ニュートリノビーム 神岡へ

13 J-PARCニュートリノ生成ビームライン
陽子転送ビームライン (超伝導磁石) ニュートリノ 前置検出器 π中間子 陽子 ニュートリノ 神岡へ ビームダンプ (ニュートリノ以外の 全ての粒子を止める) 標的と 収束装置 (電磁ホーン) 崩壊パイプ (厚さ６ｍの遮蔽で 覆われている) 全て地下構造

14 ニュートリノ検出器：スーパーカミオカンデ
反応標的:水50000トン(超純水) 水槽の内面に11146本の 光電子増倍管(photomultiplier tube:PMT) 外水槽のPMTで外来粒子を検出 スーパーカミオカンデ ４０ｍ 岐阜県 神岡町池の山 １０００ｍ ４０ｍ 東京大学宇宙線研究所

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16 スーパーカミオカンデでのニュートリノの検出
J-PARC 東海からのニュートリノが１日におよそ２兆５千万個スーパーカミオカンデを通過する。 検出できる反応の数は１日に１００個程度。(それでもK2Kより２桁多い。) ニュートリノが水を蹴飛ばした時にでるわずかな光 （チェレンコフ光）を１万１千本の光センサーで検出する。

17 敷地外検出器（２ｋｍ） より高い精度の測定を可能にする。 予算が認められてないため当初は建設できない。 今後、予算獲得のための努力を続ける。

18 まとめ。予定。 T2K実験 ５年間(２００４年度～２００８年度)かけて原研敷地内のニュートリノ生成装置を建設。 ２００９年実験開始の予定。
原研東海村のJ-PARCを用いて、これまでの約１００倍強いニュートリノビームを生成。 ２９５ｋｍ先のスーパーカミオカンデで検出 ニュートリノ振動現象の精密測定を通して、物質の究極の世界を探る。 ５年間(２００４年度～２００８年度)かけて原研敷地内のニュートリノ生成装置を建設。 ２００９年実験開始の予定。