[論文レビュー] Measurements of the reactions C-12 (muon-neutrino, mu-) N-12 (g.s.) and C-12 (muon-neutrino, mu-) X

C. Athanassopoulos, W. Metcalf+35 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 35

ひとこと要約

本研究では、ロスアラモスのミューオンニュートリノビームを用いて、12Cにおける荷電流ニュートリノ散乱を測定した。特異的反応12C(ν_μ, μ⁻)12N(基底状態)のフラックス平均断面積は(6.6 ± 1.0 ± 1.0) × 10⁻⁴¹ cm²であり、理論と整合的である一方、すべての12N状態への包含的断面積は(11.2 ± 0.3 ± 1.8) × 10⁻⁴⁰ cm²であり、CRPA予測のおよそ半分にとどまる。

ABSTRACT

Charged current scattering of nu_mu on 12C has been studied using a pi+ decay-in-flight nu_mu beam at the Los Alamos Meson Physics Facility. A sample of 56.8 +- 9.6 events satisfying criteria for the exclusive reaction 12C + nu_mu -> mu- + 12N_g.s. was obtained using the large Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND). The observed flux-averaged cross section, (6.6 +- 1.0 +- 1.0) x 10^-41 cm^2, agrees well with reliable theoretical expectations. A measurement was also obtained for the inclusive cross section to all accessible 12N states, 12C + nu_\mu -> mu- + X. This flux-averaged cross section is (11.2 +- 0.3 +- 1.8)x 10^-40 cm^2, which is approximately half of that given by a recent Continuum Random Phase Approximation (CRPA) calculation.

研究の動機と目的

• ミューオンニュートリノビームを用いて、特異的荷電流反応12C(ν_μ, μ⁻)12N(基底状態)を測定すること。
• すべての12N最終状態を含む12C(ν_μ, μ⁻)Xに対する包含的断面積を決定すること。
• 測定された断面積を理論的予測、特に連続的ランダム位相近似（CRPA）と比較すること。
• 理論的モデルが炭素におけるニュートリノ-核反応を記述する上で信頼性があるかどうかを評価すること。
• 原子炉および加速器ニュートリノ物理学に関連するニュートリノ断面積の正確な実験データを提供すること。

提案手法

• ロスアラモス中間子物理学施設で、π⁺の飛行中崩壊を用いて集束したミューオンニュートリノビームを生成した。
• 大容量液体シンチレーションニュートリノ検出器（LSND）を用いて、放出されるミューオンを検出し、特異的12N基底状態イベントを同定した。
• 背景および非弾性過程から分離するために、イベント選別基準を適用し、特異的反応12C + ν_μ → μ⁻ + 12N(基底状態)を孤立させた。
• すべての最終状態にミューオンと、任意の12N励起状態または残渣核を含むものを合算することで、包含的断面積を測定した。
• 検出器応答およびビームフラックス測定値を用いて、フラックス平均断面積を計算した。
• 最終的な断面積値を報告するために、統計的および系統的不確実性を含めた誤差伝搬を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特異的12C(ν_μ, μ⁻)12N(基底状態)反応の測定されたフラックス平均断面積は何か？
• RQ2 12C(ν_μ, μ⁻)Xに対する包含的断面積は、特にCRPAモデルとどのように比較されるか？
• RQ3 測定された特異的断面積は、信頼できる理論的期待値とどの程度一致しているか？
• RQ4 測定された包含的断面積とCRPA計算値の乖離の有意性は何か？
• RQ5 LSND検出器の能力は、12Cにおけるニュートリノ-核散乱の高精度測定をどのように可能にするか？

主な発見

• 特異的反応12C(ν_μ, μ⁻)12N(基底状態)のフラックス平均断面積は(6.6 ± 1.0 ± 1.0) × 10⁻⁴¹ cm²として測定された。
• この特異的断面積は、信頼できる理論的期待値と良好に一致している。
• すべての12N最終状態への包含的断面積は(11.2 ± 0.3 ± 1.8) × 10⁻⁴⁰ cm²として測定された。
• 測定された包含的断面積は、連続的ランダム位相近似（CRPA）モデルの予測値のおよそ半分である。
• 結果は、ニュートリノ-核散乱における理論的モデルの実験的妥当性の重要性を示している。
• データは、とりわけ原子炉および加速器ニュートリノ実験において、軽い核におけるニュートリノ反応の今後の研究のベンチマークを提供する。