[論文レビュー] Future Opportunities in Accelerator-based Neutrino Physics

A. Dell’Acqua, Antoni Aduszkiewicz+141 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、CERN主導のニュートリノプラットフォームを通じた強化されたR&Dによる、加速器を用いたニュートリノ物理学の将来の機会を概説し、検出器技術、ビームラインインfraストラクチャ、理論的モデリングの発展を提唱している。LHC技術との連携、グローバルな協働、正確なシミュレーションとグローバルフィットの重要性が強調されており、標準模型を超える新しい物理学の解明に貢献する。

ABSTRACT

This document summarizes the conclusions of the Neutrino Town Meeting held at CERN in October 2018 to review the neutrino field at large with the aim of defining a strategy for accelerator-based neutrino physics in Europe. The importance of the field across its many complementary components is stressed. Recommendations are presented regarding the accelerator based neutrino physics, pertinent to the European Strategy for Particle Physics. We address in particular i) the role of CERN and its neutrino platform, ii) the importance of ancillary neutrino cross-section experiments, and iii) the capability of fixed target experiments as well as present and future high energy colliders to search for the possible manifestations of neutrino mass generation mechanisms.

研究の動機と目的

• ヨーロッパおよび世界規模での加速器を用いたニュートリノ物理学における将来の研究開発機会を同定・促進すること。
• 共通インfraストラクチャ、技術開発、調整を通じて、CERNのニュートリノプラットフォームが大規模ニュートリノ実験を支援する役割を強化すること。
• LArTPCやデータ取得システムなどの検出器技術の発展において、ニュートリノコミュニティとLHCコミュニティの協働を強化すること。
• 次世代実験のための持続的理論的支援を確保すること。具体的には、混合パラメータのグローバルフィットと、正確な相互作用断面積モデリングを含む。
• ニュートリノ質量の測定、WIMPダークマター、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊を標的とする次世代実験の開発を支援すること。

提案手法

• 将来のニュートリノ実験のためのR&D、テストビーム施設、技術デモンストレータを統合するCERNのニュートリノプラットフォームを、中央集権的なハブとして活用すること。
• CERNの液体ヘリウム冷却、磁石システム、ハイパフォーマンスコンピューティング分野の既存の専門知識を活用し、大規模ニュートリノ検出器プロジェクトを支援すること。
• DUNEおよびT2Kで開発されたLArTPC（液体アルゴンタイムプロジェクションチェンバー）技術を、短距離および長距離実験に適用するためのプロトタイプ試験を通じて統合すること。
• コミュニティ主導の提案を公式な包括的合意（MOU）に基づくフレームワークで整備し、CERNのSPSCによる評価とCERN研究会議による承認を経由すること。
• データ取得（DAQ）、電子工学、シミュレーションソフトウェア開発分野において、ニュートリノとLHCコミュニティ間の相互浸透を促進すること。
• グローバルフィットによるニュートリノ混合データの統合と、シミュレーションツールにおけるニュートリノ相互作用の正確なモデリングを通じた理論的支援の強化を提唱すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CERNのニュートリノプラットフォームは、ヨーロッパ全域の将来の加速器を用いたニュートリノ実験のR&Dを、どのように最適に調整・加速できるか？
• RQ2 CERNの既存インフラと技術的専門知識は、特にLArTPCおよび冷却技術分野において、ニュートリノ検出器開発をどのように前進させられるか？
• RQ3 ニュートリノ混合データのグローバルフィットは、次世代実験の設計と物理的可能性をどのように指針づけるか？
• RQ4 ニュートリノとLHCコミュニティは、データ取得やシミュレーション技術といった共通技術分野で、どのようにより効果的に協働できるか？
• RQ5 ニュートリノプラットフォームは、東ヨーロッパと西ヨーロッパの両方のニュートリノプロジェクトをどのように支援し、バランスの取れた包括的進展を実現できるか？

主な発見

• ニュートリノプラットフォームは、DUNEの遠方検出器用に2基の700トン級LArTPCプロトタイプの建設と試験を成功裏に実施しており、1基は2018年に数百万件の荷電粒子相互作用を記録した。
• CERNが再び実験的ニュートリノ研究グループを再編し、外部の加速器ニュートリノ実験に積極的に参加する体制を確立した。これはCERNがこの分野で初めての正式な使命を担った。
• T2KおよびDUNEの近接検出器向けに次世代検出器技術の開発が、ニュートリノプラットフォームのインfraストラクチャと調整体制のおかげで活発に進行中である。
• プラットフォームは、ニュートリノコミュニティとLHCコミュニティ間の協働を促進し、特にDAQ、コンピューティング、電子工学分野で技術移転を加速している。
• Capozziら（2018年）およびEstebanら（2018年）によるニュートリノ混合データのグローバルフィットは、新しい物理学の兆候を特定し、実験設計を指針づけるための重要なツールであると特定された。
• 正確なシミュレーションツールを用いたニュートリノ相互作用の理論的モデリングは、将来のデータ解釈に不可欠であり、CERN内での専任の理論的支援を強化する必要があるとされた。