Status of the T2K experiment Ken Sakashita(KEK) for the T2K collaboration 2007/June/13, DBD07 1. Introduction 2. T2K experiment - Features and Prospects - Hadron-production measurement 3. Short summary of the construction status 4. Summary 1
偏光板とニュートリノ 偏光板とニュートリノ (Simplified two-flavor case) × 光の色 ： のエネルギー 屈折率の差 ： 質量差 シートの厚さ ： 源と測定器の距離 × 光の色 ： のエネルギー 屈折率の差 ： 質量差 シートの厚さ ： 源と測定器の距離 Neutrino oscillation flavor eigenstates mass eigenstates • neutrino flavor mixing � | ν α � = U ∗ α i | ν i � i traveling distance � m 2 = m 12 - m 22 in eV 2 in km � cos θ � � � 1 . 27 ∆ m 2 L � U α i = sin θ P ( ν α → ν β ) = sin 2 (2 θ ) sin 2 = − sin θ cos θ E ν neutrino’s energy in GeV ・ Reduction of ν α Fixed distance (disappearance) T2K OA2 o 5years ・ Distortion of E να spectrum 1500 R(measured/expected) R(measured/expected) sin 2 2 $ ・ Appearance of ν β Expected 1250 Expected wo Oscillation Oscillation wo 1 1000 Observed by several experiments measured 10 -1 500 # m 23 2 =3x10 -3 eV 2 sin 2 &$ &$ 23 =1.0 # m 2 250 Neutrino has mass and 3 0 1 2 0 its flavor is mixing 0 1 2 3 E ! rec (GeV) 5 E ! rec (GeV) 2
び、 およ が厳密に いて、 ことが示唆されて 世代間がほぼ最大に混合している ノ観測の結果からは、 は太陽ニュートリノ観測において測定されている。特に大気ニュートリ および は大気ニュートリノ観測において、 および これらの振動パラメータのうち、 を用いると、 世代混合の場合の表式に帰着できる。 とおいた。実効的な混合角 つである。 ここで、 による寄与は小さく、振動確率は近似的に以下のように表される。 領域では、 となるエネルギー き長基線ニュートリノ振動実験において注目されている であることが分かっている。このと これまでの実験結果より、 つの複素位相で記述される。 び つの独立な質量二乗差と、 つの混合角およ であるから、 世代のニュートリノ振動は を表す。 であるかどうかは今後のニュートリノ物理学の主題の 一方、混合角 と表される。ここで、 メータである混合角 り、探索する価値は十分にある。 、積極的な結果は得られていない。しかしまだ存在する可能性は残されてお てきたが における大気ニュートリノ観測において探索が行われ である。このモードについては つ への振動の探索も今後の主題の また、相互作用をしないニュートリノ 非対称性の探索という意味で非常に重要になってくる。 の探索を行うことは、レプトンセクターの および複素位相 非対称性が現れる。したがって、残された振動パラ および複素位相 値にするためニュートリノ振動に 項を有限の の第 の場合に意味のある量で、式 は 測されていない。複素位相 において探索されているが、今のところ有限の値は観 実験 や 実験 については、これまでに は未知の量である。 はそれぞれ Three flavor mixing s 13 e − i δ 1 0 0 c 13 0 c 12 s 12 0 diag(1 , e i α , e i β ) U = 0 c 23 s 23 0 1 0 − s 12 c 12 0 − s 13 e i δ 0 − s 23 c 23 0 c 13 0 0 1 s ij = sin θ ij , c ij = cos θ ij ∆ m 2 12 + ∆ m 2 23 + ∆ m 2 31 = 0 • present knowledge 10 -1 ∆ m 2 (eV 2 ) Δ m 2solar = 8 x 10 -5 eV 2 (KamLAND + solar ν ) sin 2 (2 θ 12 ) = 0.86 10 -2 Δ m 2atm = (2.2~3.0) x 10 -3 eV 2 (SK atm.- ν , K2K,MINOS) sin 2 (2 θ 23 ) > 0.92 sin 2 (2 θ 13 ) < 0.15 10 -3 (CHOOZ) – – @ Δ m 2 =2.5x10 -3 eV 2 CHOOZ 90%C.L. ( ν e → ν x ) – – Palo Verde 90%C.L. ( ν e → ν x ) K2K 90%C.L. ( ν µ → ν e ) δ : unknown Kamiokande 90%C.L. ( ν µ → ν e ) SK 3-flavor 90%C.L. (3-flavor, NH) 10 -4 sign( Δ m 2atm ) : unknown 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 sin 2 2 θ 13 3
What does T2K aim for ? 1. discovery of a finite θ 13 • open the possibility to measure CPV phase δ • important interplay with mass ordering and 0 νββ U e3 = s 13 e -i � � � � � � m i U 2 | m ee | ≡ � � ei � � effective mass � � i 2. precise measurement of ? normal hierarchy: inverted hierarchy: other parameters � U e3 � 2 ?? • Is θ 23 maximal mixing ? � 3 � 2 � m 2 sun � 1 mass mass 3. CPV in lepton sector � m 2 atm � m 2 atm hint on Baryon# � U e3 � 2 ?? � 2 � 3 � m 2 asymmetry of Universe � 1 sun 4
によりビーム軸から角度 に飛び出すニュートリノのエネルギーは、以下のように表される。 で、実用化されるのは 実験が世界初である。 実験室系において、 中間子の 体崩壊 の方向 ここで、 ム軸を検出器の方向からずらすことによりエネルギースペクトル幅の狭いニュートリノ はニュートリノの親粒子である 中間子の質量、運動量、エネルギー で、 はニュートリノとともに生成するミューオンの質量である。 図 ビーム法の概念図。 Tokai ビームを得る方法 ビーム法は、ビー 大強度陽子加速器施設 図 ニュートリノ振動実験 ビームを用いることである。 実験は、茨城県東海村の 実験 の概観。 でニュートリノビームを生成し、 離れたスーパー カミオカンデで検出する次期長基線ニュートリノ振動実験である。 ビーム 実験の一つの特徴は KAMIOKA T2K experiment (J-PARC E11) ~T2K: Tokai to Kamioka LBL Neutrino Oscillation Experiment~ • T2K 1st-phase ✓ discovery of a finite θ 13 by observing ν e appearance • measure ν e app. in T2K-I → δ (CPV) in T2K 2nd-phase ✓ precise measurement of θ 23 , Δ m 223 by ν μ disappearance Construction of new ν beam-line / detectors : 2004~2008 Experiment : 2009 ~ 295km Super Kamiokande JAERI (Tokai) KEK Tokyo SK J-PARC 750kW (ready for T2K) (under construction) 5
GPSで FarDetector E ν timing J-PARC MR # of events E ν # of events ν E ν 2km detector 2 km FarDetector (SK) (SK) (not approved yet) NearDetector 280 m p π not approved yet ν 0 m 110 m # of events 295 km ターゲット/ off-axis 電磁ホーン decay pipe Overview of T2K experiment Beam Timing w/ GPS graphite(C) L = 295 km target on-axis w/o ν oscillation N SKobs. Φ ND (E ν ) N SKexp. Φ SKobs. extrapolate → Φ SKexp. comparison → ν oscillation • observable = Φ (E ν ) x σ (E ν ) CC interaction MC Far-to-Near ratio : � µ SK flux (GFLUKA) Flux (a.u.) FNAL SciBoone exp. ND280 flux • To extrapolate Φ SK is a key issue (normalized by area) • Φ SK (E ν ) ≠ Φ ND (E ν ) even w/o oscillation due to 1.2 1 effect of non-point like source 0.8 R F/N 0.6 Φ SKexp. (E ν ) = R F/N (E ν ) x Φ ND (E ν ) 0.4 0.2 0 Hadron production measurement 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 E � (GeV) F/N ratio 6
Δm 2 = 3x10 -3 eV 2 振動確率＠ Narrow-band intense neutrino beam • Off-axis beam method GeV) Super-K. (GeV 0° 0° (ref. BNL-E889 proposal) 1 2° 2° E ν ( : off-axis angle Horns Decay Pipe θ Target 2.5° 2.5° (OA) 3° 3° π decay Kinematics decay Kinematics 0 0 5 8 2 P π (GeV/c) L = 295 km Oscillation max. � m 223 = (2.2~3.0) x 10 -3 eV 2 E � = 0.5~0.7 GeV � µ flux set E � peak @osc. max. (OA 2.5°) � OA0° OA2° x 2~3 intense than OA 0° • ~2200 � � int. in total (~1600 � � CC int.) for • OA2.5° 1yr * 22.5kt(SK) OA3° small high energy � tail � reduce bkg. to CCQE � � e ~0.4% at � � peak � E ν (GeV) 7
Recommend
More recommend
