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ニュートリノ・ファクトリ

ニュートリノ・ファクトリ. 高エネルギー加速器研究機構 吉村浩司. 内容. ニュートリノ・ファクトリとは 歴史、原理等 ニュートリノ・ファクトリで可能な物理 Oscillation physics パラメータの精密決定 Sin 2 q 13 , d m 23 2 , d Non Oscillation physics デザイン、Ｒ＆Ｄ まとめ. ニュートリノ・ファクトリとは. ニュートリノ・ファクトリとは. ミューオンを蓄積リングに蓄積し、その崩壊から得られる大強度のニュートリノ源 従来のニュートリノビーム パイオンの崩壊. 歴史的背景.

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ニュートリノ・ファクトリ

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Presentation Transcript

  1. ニュートリノ・ファクトリ 高エネルギー加速器研究機構 吉村浩司 物質の起源研究会

  2. 内容 • ニュートリノ・ファクトリとは • 歴史、原理等 • ニュートリノ・ファクトリで可能な物理 • Oscillation physics • パラメータの精密決定 • Sin2q13, dm232, d • Non Oscillation physics • デザイン、Ｒ＆Ｄ • まとめ 物質の起源研究会

  3. ニュートリノ・ファクトリとは 物質の起源研究会

  4. ニュートリノ・ファクトリとは • ミューオンを蓄積リングに蓄積し、その崩壊から得られる大強度のニュートリノ源 • 従来のニュートリノビーム • パイオンの崩壊 物質の起源研究会

  5. 歴史的背景 • ミューオンコライダーのstudy 1995 ~ • Multi-TeV • Sub-TeV (Higgs Factory) • Front Endとしてのニュートリノファクトリ • 1997~ • SK によるニュートリノ振動 nファクトリ Fever! 1998~ 物質の起源研究会

  6. 従来型 パイオンの崩壊 バックグランド n nFactory ミューオンの崩壊 ビームによるバックグランド無 ニュートリノビーム 物質の起源研究会

  7. ミューオンの崩壊によるニュートリノの生成 唯一の崩壊モード 物質の起源研究会

  8. νのエネルギースペクトル 精密に予測可能 物質の起源研究会

  9. 高輝度のnビームを得るために • 大量のパイオンを発生させて • エネルギーをそろえて • 冷却して • 加速して • 蓄積する 物質の起源研究会

  10. ミューオンの蓄積とνビームの広がり 50 GeV で2mrad 100 m 先で20 cm 物質の起源研究会

  11. νの荷電反応断面積 • Deep inelastic • Quasi elastic & Resonance 物質の起源研究会

  12. CCイベントレート • Flux • Event Rate 物質の起源研究会

  13. νファクトリの利点 • 大強度 • 1020~1021 muon decay/yr • 高エネルギー • νeを生成可能 • 低バックグランド • 〜10-4 • ビームの精密な予測 • 強度、スペクトルが正確にわかる 物質の起源研究会

  14. νファクトリで可能な物理 物質の起源研究会

  15. ニュートリノ振動 物質の起源研究会

  16. ３世代ニュートリノ振動 • MNS 行列 • パラメータ • 混合角 • CP phase • 質量差 物質の起源研究会

  17. ν振動パラメータの現状 物質の起源研究会

  18. ν振動パラメータの現状 • Atmospheric neutrino • CHOOZ • Solar neutrino • CP phase δunkown large angle MSW solution small angle MSW solution vacuum oscillation solution 物質の起源研究会

  19. 次世代ニュートリノ実験 • K2K, MINOS, ICANOE, OPERA •  nm, nm--> ntの確立 • JHF-n (Superbeam MW machine) • nm--> nの観測? • CP (with HyperK, 4MW) • MiniBoone • LSND • KAMLAND • Solar solution neビーム さらに高輝度なビーム n Factory 物質の起源研究会

  20. νファクトリの目標 • νの質量混合行列の精密測定 • θ13 • δm2の符号 • ３世代混合の理解（ユニタリティチェック） • 特にが正しい場合） • CP violation • 基線長とエネルギーの最適化 • T violation 物質の起源研究会

  21. oscillation νファクトリにおけるν振動 • ν振動のシグナル • 電荷が反対の事象を探す 物質の起源研究会

  22. ν振動確率 m223>>Dm212 物質の起源研究会

  23. νe→ νμ振動レート • CC Rate • Oscillation Rate High Energy is Better! 物質の起源研究会

  24. ν振動に対する感度 物質の起源研究会 a. la. Barger

  25. 13に対する感度 Kevin Mcfarland 物質の起源研究会

  26. 物質効果 • Matter effects • have charged-current scattering with electrons. • Induced effective mass 物質の起源研究会

  27. 物質効果を用いたsign(Dm2)の決定 Sign of Matter effect 物質の起源研究会

  28. 基線長と物質効果 L=730km L=7330km L>1000 km (Mocioiu et al) hep-ph/0002149 物質の起源研究会

  29. νe→ ντの初めての観測 5kt 1020 物質の起源研究会

  30. Figure of Merit (FOM) For fixed L. low energy is better. For the same (L/E), higher E is better. But, matter effect is large for large L. CP Asymmetry CP-odd osc. probability CP-odd asymmetry CP Violation Need LMA! 物質の起源研究会

  31. CP violation vs 物質効果 物質の起源研究会

  32. nFact vs Superbeam 0.01 0.001 0.005 nFact Superbeam 物質の起源研究会

  33. T violation • 観測量 • 物質効果の影響が少ない • 電子の電荷を判別することは困難だが… • 液体アルゴン測定器 • 低エネルギーでの電子の電荷判別可能！？ • ミューオンの偏極を用いる 物質の起源研究会

  34. 電子と陽電子の識別 • 液体アルゴン検出器（ICARUS type) 物質の起源研究会

  35. μの偏極を利用した測定 • μを偏極させることにより，νeとνμのフラックスをコントロールできる． • 磁場は必要ない！ • ビームのバンチの中の偏極を使う • 到達時間の違いを利用する • 長基線飛行時間測定 物質の起源研究会

  36. T-Violation 外挿 1 -1 ミューオンの偏極 J. Sato et.al 物質の起源研究会

  37. Non Oscillation Physics • 短基線ニュートリノ実験　x1000の強度 • 構造関数 • スピン構造関数 • チャーム生成 • 新しい相互作用 • R-paritiy-violating SUSY • 長基線での量子力学的干渉を用いる(佐藤丈氏の講演） 物質の起源研究会

  38. デザイン・Ｒ＆Ｄ 物質の起源研究会

  39. デザインレポート • US • FNAL Design Study 1 • BNL Design Study 2 • Europe • Yellow report • Japan • FFAG を用いたユニークなスキーム • NufactJ Report • (http://www-prism.kek.jp/nufactj) 物質の起源研究会

  40. 米国 デザイン 物質の起源研究会

  41. ヨーロッパ デザイン 物質の起源研究会

  42. Proton Driver • BNL AGS UPGRADE • 1.2 GeV Super conduction Linac • 1MW -> 4MW • FNAL NEW BOOSTER • 16-GeV new booster • 1.2 MW -> 4MW • CERN SPL • LEP Supercon cavity recycle • JHF (建設中!!!) • 0.75 MW->4MW 物質の起源研究会

  43. ターゲットR＆D • 熱負荷、熱衝撃への挑戦 • Carbon • Ta sphere (Sievers) • Rotating target • Hg jet (BNL E951) 物質の起源研究会

  44. パイオン捕獲 • US:20T超伝導磁石 • CERN:電磁ホーン • ４cm radius, 300kA 物質の起源研究会

  45. 位相回転（phase rotation) ドリフトさせた後でRFをかけることにより、エネルギーをそろえる。 PRISM (青木氏の講演） energy energy time time important 物質の起源研究会

  46. ミューオン冷却 • 加速器に入るようにミューオンを冷却 • Ionization Cooling • 減速材を通すことによりエネルギーをロスさせて、RFにより縦方向に加速する • 液体水素減速材 • 高い勾配のRF • 高磁場ソレノイドチャネル 物質の起源研究会

  47. MUCOOL (MICE) collab. • International (US, EU, JP) • ミューオンの冷却の原理の実証 • 日本からはKEK、大阪大学が参加 • 液体水素減速材の開発 物質の起源研究会

  48. νファクトリのための測定器 • 大きいこと • 感度∝測定器の質量＊ビーム強度 • 電荷の判別が可能であること • 磁場が必要 • 低エネルギーにも感度がある • バックグランドに強い • 多目的 • 核子崩壊 • 大気，太陽，Super Beam, Cosmic-rayν 物質の起源研究会

  49. νファクトリのための測定器 • 鉄/シンチレータ • やや大きい ~50 kton • エネルギー分解能　中 • チャンネル数の増大 • 磁場かけやすい • MINOS • ハイブリッドエマルジョン • tの識別 • 高価？ • OPERA • 水チェレンコフ • 大きい ~ 1000 kton • エネルギー分解能よい • 安価 1~2億円/kton • 外部磁場（UNO, HK) • 液体アルゴンTPC • 高価　30億円/kton • エネルギー分解能よい • 低スレショルド • 電子の電荷識別？ 物質の起源研究会

  50. UNO 外部磁場 物質の起源研究会

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