T2K実験が反ミューニュートリノ消失現象に関する初めての測定結果を発表

2015年5月18日、T2K実験グループは、高エネルギー加速器研究機構(KEK)のセミナーにおいて、反ミューニュートリノ消失現象に関する初めての測定結果を発表しました。この結果は、2014年5月から2015年3月までに取得したデータを解析して得られたものです。

この間、T2K実験は反ミューニュートリノビームモードで運転を続けてきました。もし反ニュートリノ振動が無い場合には、スーパーカミオカンデ後置検出器において59.8事象の観測が期待されました。しかし実際には17事象のみが観測され、またそれらは反ミューニュートリノが反タウニュートリノに振動することよって期待される“消失現象”とよく合致しました。

さらに、T2K実験では今回の新しい結果を以前のミューニュートリノ消失現象の結果と比較しましたが、これらの振動の振舞いにおいてニュートリノと反ニュートリノで違いは見られませんでした。

下の図は、T2K実験で得られた反ミューニュートリノ振動パラメーター sin²θ₂₃ と Δm²₃₂ のベストフィット値と、68%および90%信頼水準の許容範囲を示しています。前者のパラメーターは振動する反ニュートリノの割合を示し、後者のパラメーターは2種類の反ニュートリノの間の質量2乗差を表します。T2K実験の測定は、反ニュートリノ振動確率のパラメーター sin²θ₂₃ において世界最高精度を達成しています。

sin²θ₂₃ と Δm²₃₂ のベストフィット値と、68%および90%信頼水準の許容範囲

J-PARCでT2K実験が 1×10²¹ POT を達成

J-PARCビームの情報：2010年1月以降T2K実験に送られた標的照射総陽子数が一番下の行に書かれている。

本日（2015年3月26日）15時25分、J-PARC加速器はT2K実験に対し、1×10²¹個の陽子をニュートリノ生成標的に照射するというマイルストーンを達成しました。(POT = protons on target)　この素晴らしい成果を可能にしてくれたJ-PARCの諸関係者の方々に深く感謝いたします。

茨城県東海村のJ-PARCで生成された陽子がグラファイト製標的に照射されると、生成物の中に荷電パイ中間子が生成されます。これらのパイ中間子は、連続して並べられた3台のホーン電磁石を通り抜ける間に、正電荷のパイ中間子または負電荷のパイ中間子のどちらか一方が選択的にT2K実験の2つの検出器が置かれている方向に収束されます。正電荷のパイ中間子はすぐにミューニュートリノと反ミューオンに、負電荷のパイ中間子は反ミューニュートリノとミューオンに崩壊します。このことは、ホーン電磁石に流れる電流の向きを変えることで、T2K実験ではほぼミューニュートリノからなるビームか、またはほぼ反ミューニュートリノからなるビームのどちらかを選択できることを意味しています。（ミューオンや反ミューオン、および崩壊せずにビーム中に残留しているパイ中間子は標的から約100 m下流に設置されているグラファイト製ビームダンプで止められます。）

J-PARCからT2K実験に送られる標的照射陽子数は、T2K実験がどれだけのデータを取得したかを表しています。T2K実験は2010年1月に物理データの取得を開始し、2014年5月までニュートリノビームモードでデータ取得を続けてきました。その後は反ニュートリノビームモードでのデータ取得を続けています。1×10²¹個の数は、2010年1月から今日までT2K実験に送られた標的照射陽子数の両方のモードでの合計数を表しています。

小林隆氏が読売ゴールド・メダルを受賞

小林　隆

ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象を発見した功績に対して、小林隆氏が読売ゴールド・メダルを受賞されました。小林氏は高エネルギー加速器研究機構(KEK)教授で、大強度陽子加速器施設(J-PARC)素粒子原子核ディビジョン長を務めています。

2013年7月、T2K実験グループはミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象の発見を発表しました。T2K実験では、茨城県東海村でミューニュートリノを生成し、295km離れた後置検出器スーパーカミオカンデに送られます。この発表は、スーパーカミオカンデにおいて28個の電子ニュートリノ事象が観測されたことを受けて行われました。

読売ゴールド・メダルは1995年から毎年表彰が行われています。この賞は科学研究および技術革新に目覚ましい貢献を行った研究者3名に毎年贈られています。贈賞式は2015年4月16日、東京千代田区の読売新聞本社で行われます。

受賞、おめでとうございます。

小林隆氏、中家剛氏、塩沢眞人氏が戸塚洋二賞を受賞

小林　隆

ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象を発見した貢献に対し、小林隆氏、中家剛氏、塩沢眞人氏に戸塚洋二賞が授賞されました。小林隆 高エネルギー加速器研究機構(KEK)教授は大強度陽子加速器施設(J-PARC)素粒子原子核ディビジョン長を務めています。中家剛 京都大学教授はT2K実験のスポークスパーソンを務めており、塩沢眞人 東京大学宇宙線研究所教授はT2K実験解析グループの指導的役割を担っています。

中家　剛

2013年7月、T2K実験グループはミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象の発見を発表しました。T2K実験では、茨城県東海村でミューニュートリノの生成を行っており、2010年1月には物理データの取得を開始しました。ニュートリノビームは295km離れた後置検出器スーパーカミオカンデに送られています。発表の時点までに、28個の電子ニュートリノ事象の候補がスーパーカミオカンデで観測されました。このことは、ニュートリノの検出地点において、その生成地点でのフレーバーとは異なる特定のフレーバーを持つニュートリノが明らかに出現する現象が疑いの余地なく観測されたために、極めて重要な物理学上の発見となりました。この発見はまた、レプトンセクターでのCP対称性の破れを探索することが可能であることを明らかにしました。レプトンセクターでのCP対称性の破れは、自然科学における最も深遠な謎の１つである、宇宙での物質と反物質が非対称に存在することを理解するための決定的な鍵となる可能性があります。

塩沢 眞人

戸塚洋二賞は、ニュートリノ物理学および非加速器素粒子物理学分野における発展に目覚ましい貢献をした研究者に対し毎年贈られています。この賞は、ニュートリノ物理学において、太陽ニュートリノおよび大気ニュートリノの振動現象の発見を含む素晴らしい業績を残された戸塚洋二氏を記念して2009年に設立されました。

今回の受賞、本当におめでとうございました。

小林隆氏と中家剛氏が仁科記念賞を受賞

小林　隆　氏

ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象を発見に導いた貢献に対し、小林隆氏と中家剛氏に2014年の仁科記念賞が授賞されました。小林隆 高エネルギー加速器研究機構(KEK)教授は、T2K実験の実験代表者を務めており、中家剛 京都大学教授は、2009年から2013年までT2K実験の物理解析総責任者を務めました。授賞式は2014年12月5日、東京會舘で行われました。

中家　剛　氏

ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象の発見は、2013年7月にT2K実験グループによって発表されました。T2K実験では、茨城県東海村にある実験施設でミューニュートリノビームが生成され、そこから295km離れた岐阜県飛騨市のスーパーカミオカンデ検出器まで送られます。この発表は、スーパーカミオカンデにおいて28個の電子ニュートリノ事象の候補が見つかったことを受けて行われました。このことは、ニュートリノの検出地点において、その生成地点でのフレーバーとは異なる特定のフレーバーを持つニュートリノが明らかに出現する現象が疑いの余地なく観測されたために、極めて重要な物理学上の発見となりました。この発見はまた、レプトンセクターでのCP対称性の破れを探索することが可能であることを明らかにしました。レプトンセクターでのCP対称性の破れは、自然科学における最も深遠な謎の１つである、宇宙での物質と反物質が非対称に存在することを理解するための決定的な鍵となる可能性があります。

仁科記念賞授賞式典にて

仁科記念賞は、毎年、原子物理学や原子核・素粒子物理学の分野において重要な成果をもたらした若手研究者に送られます。この賞は、ウラン237の発見や、光子と自由電子の散乱断面積を与えるクライン・仁科の公式を著した業績を持つ優れた日本人物理学者である仁科芳雄博士(1890-1951)を記念して作られました。

今回の仁科記念賞受賞、本当におめでとうございます。

T2K実験、最新結果によって電子ニュートリノ出現現象の存在を明らかに！

スーパーカミオカンデで観測された電子ニュートリノ反応の候補事象

T2K実験国際共同研究グループは、本日、ストックホルムで開催中の欧州物理学会において、ミューニュートリノが飛行中に電子ニュートリノへ変化する電子ニュートリノ出現現象が存在することを示す決定的な測定結果が得られたことを発表しました。同研究グループは、2011年に当時ニュートリノ振動の新たな型だったこの転換過程を示唆する最初の結果を発表しましたが、今回はその後に得られた3.5倍のデータを加えて、この転換過程が確かに存在することを確立しました。背景事象の統計的な揺らぎのみによって今回の電子ニュートリノの超過を観測する確率は1兆分の1 (1/1,000,000,000,000) 以下で、これはそのような可能性を7.5σの統計的有意度で排除できることを意味します。今回のT2K実験の観測は、検出地点における特定フレーバーのニュートリノの出現が、その生成地点ではそれとは異なるフレーバーのニュートリノから来ていることを明確に観測したと言う点で初めての観測になります。

T2K実験では、ミューニュートリノビームが茨城県東海村のJ-PARC大強度陽子加速器施設で生成されます。ニュートリノビームは生成直後にJ-PARC施設内の前置検出器でモニターされるとともに、東海村から295km離れた岐阜県飛騨市神岡町の巨大な地下検出器スーパーカミオカンデに向けて飛行します。スーパーカミオカンデのデータのうち、J-PARCからのビームタイミングと同期したものを解析したところ、この電子ニュートリノ出現現象という新たな過程が無い場合に期待される数(4.6事象)よりも多くの電子ニュートリノ(28事象)が観測されました。

ニュートリノ振動は、ニュートリノが長距離を飛行する間に現れる量子力学的干渉の効果によって、その種類が変わってしまうという現象です。今回ミューニュートリノから電子ニュートリノへと変化するという新たな型のニュートリノ振動を観測したことは、物質と反物質とで適用できる物理法則が異なるCP対称性の破れに関する新たな研究につながるものです。CP対称性の破れは、これまでのところクォークでしか観測されておらず、その発見と研究に対して1980年と2008年にノーベル物理学賞が授与されています。現在観測される宇宙は物質でのみ満たされており、有意な量の反物質は存在していません。このことは今日の自然科学における最も深遠な謎の一つですが、宇宙の非常に初期におけるニュートリノのCP対称性の破れがその原因になったという可能性が指摘されています。今回T2K実験がCP対称性の破れに感度のある電子ニュートリノ出現型のニュートリノ振動を確立したことによって、ニュートリノのCP対称性の破れの探索は、今後何年かにわたって自然科学の主要な探究対象になるでしょう。T2K実験は今後ニュートリノのCP対称性の破れに関する研究を主導していくために、反ニュートリノビームを用いた測定を含め、現在のおよそ10倍のデータを取得することを計画しています。

T2K実験は国際共同実験として結成され運営されています。現在のT2K実験グループは11カ国（カナダ、フランス、ドイツ、イタリア、日本、ポーランド、ロシア、スイス、スペイン、イギリス、アメリカ）59研究機関からの400人を超える研究者からなります。実験は日本の文部科学省から主な支援を受けており、さらに以下の実験参加国の機関から追加の支援を受けています。
カナダ自然科学・工学研究会議(NSERC)、カナダ国立研究機構(NRC) 、カナダ・イノベーション基金(CFI) 、フランス原子力庁(CEA) 、フランス国立科学研究センター(CNRS/IN2P3)、ドイツ研究振興協会(DFG)、 イタリア国立核物理学研究所(INFN) 、ポーランド科学・高等教育省、ロシア科学アカデミー(RAS)、ロシア基礎科学財団(RFBR)、ロシア教育科学省、スペイン科学イノベーション省(MICINN) 、スペイン国立素粒子宇宙核物理研究センター(CPAN) 、スイス国立科学財団(SNSF) 、スイス連邦教育研究管轄局(SER)、イギリス科学技術施設会議(STFC)、アメリカ合衆国エネルギー省(DOE)

2011年3月には、東日本大震災によってJ-PARCの加速器施設は深刻な被害を受け、T2K実験のデータ収集も唐突に打ち切られましたが、その後のJ-PARCスタッフの方々による揺るぎなく絶え間ない努力と、T2K実験に再び高品質なビームを提供してくれた施設運営によって、今回の発見に至ることができました。
この発表に関して、さらに詳しい情報（画像含む）はここを参照してください。

また、高エネルギー加速器研究機構によるプレス発表はここにあります。

本件に関する問い合わせ先：

日本および全般：
高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所
教授　小林　隆　（T2K実験グル―プ代表者）
takashi.kobayashi@kek.jp, 029-864-5414

アメリカおよび全般：
State University of New York at Stony Brook(Stony Brook, NY, USA) 、東京大学 Kavli IPMU
Prof. Chang Kee Jung　（T2K実験グループ共同代表者）
chang.jung@stonybrook.edu, +1 631-632-8108/8095

カナダ：
University of British Columbia (Vancouver, Canada)
Prof. Hiro Tanaka
tanaka@phas.ubc.ca, +1 778-772-3690

フランス：
LPNHE-Paris (IN2P3, France)　(Paris, France)
Dr. Jacques Dumarchez
jacques.dumarchez@cern.ch, +33 1 44 27 48 42
CEA/IRFU
Dr. Marco Zito (Saclay, France)
marco.zito@cea.fr, +33 6 84 61 09 51

ドイツ：
RWTH Aachen University(Aachen, Germany)
Prof. Achim Stahl
stahl@physik.rwth-aachen.de, +49 241 80 27301

イタリア：
INFN Sezione di Bari(Bari, Italy)
Dr. Maria Gabriella Catanesi
gabriella.catanesi@cern.ch, +41 764871532

ポーランド：
NCBJ, Warsaw(Warsaw, Poland)
Prof. Ewa Rondio
Ewa.Rondio@fuw.edu.pl, +48 691 150 052

ロシア：
INR (Moscow, Russia)
Prof. Yuri Kudenko
kudenko@inr.ru, +7-495-8510184

スペイン：
IFAE, Barcelona (Barcelona, Spain),
Prof. Federico Sanchez
fsanchez@ifae.es, +34 93 5812835
IFIC, Valencia (Valencia, Spain)
Prof. Anselmo Cervera
anselmo.cervera@cern.ch

スイス：
ETHZ (Zurich, Switzerland)
Prof. Andre Rubbia
andre.rubbia@cern.ch, +41 44 633 3873
Université de Genève
Prof. Alain Blondel
alain.blondel@unige.ch, +41 76 487 4058

イギリス：
STFC/RAL/Daresbury Laboratory/Oxford University (Oxford, U.K.)
Prof. Dave Wark
david.wark@stfc.ac.uk, +44 7788186085

2012年夏までにT2K実験で得られた全データを用いて，電子ニュートリノ出現現象の結果を更新

T2K実験グループは，オーストラリア・メルボルンで開かれた2012年高エネルギー物理学国際会議(ICHEP2012)において，ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象に関する最新結果を発表しました。この振動は，量子物理学によりニュートリノ質量がゼロでない場合に起こることが予言されています。今回の新しい結果は，2011年にPhysical Review Letters誌に発表した論文において，ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動の存在を実験的に初めて示唆したときの2倍以上のデータを用いて得られました。

メルボルンでT2K実験グループは，後置検出器であるスーパーカミオカンデにおいて，振動現象が無い場合には電子ニュートリノ事象が3.2個しか期待されないところに，実際には11個の電子ニュートリノ事象が見られたことを報告しました。この11事象が，ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動以外の過程の統計的揺らぎによって起こる確率は小さく，0.08%です。

3つの独立した解析がT2K実験グループで行われ，お互いに矛盾の無い結果を与えました。振動パラメータsin²(2θ₁₃)は，その他のパラメータに標準値を仮定して0.094^+0.053_-0.040と測定されました。このパラメータは，T2K実験において6×10⁸電子ボルトのエネルギーを持ったミューニュートリノが電子ニュートリノへ振動する割合を近似的に表しています。（1電子ボルトは，電子が1ボルトの電場で加速されるときに得られるエネルギーです。）

より詳細な結果は「For Physicists」のページにあります。また，メルボルンの会議でのプレゼンテーションはここを参照してください。

T2K実験が、ミューオンニュートリノ消失事象に関してOff-Axis法による初めての測定結果を論文発表

T2K実験グループは、Off-Axis法によるミューオンニュートリノ消失事象の初めての測定結果を、Physical Review D (http://prd.aps.org/abstract/PRD/v85/i3/e031103) に論文発表しました。

T2K実験のニュートリノビームはその成分のほとんどがミューニュートリノからなっており、もしニュートリノ振動現象が起こらなかったとすれば、T2K実験の後置検出器であるスーパーカミオカンデにおいて、104事象のミューオンニュートリノ反応が観測されると期待されました。しかし、実際にはそのような反応は31事象しか観測されず、この欠損はミューニュートリノがタウニュートリノへ振動したためだと考えられます。この結果は2010年1月から2011年3月に収集されたデータから得られました。この測定に関するより詳細な内容は、“T2K実験結果”を参照してください。また、Off-Axis法を用いた実験の利点が、“T2K実験について”のページに説明されています。