[論文レビュー] Neutrino oscillometry at the next generation neutrino observatory

Yu. N. Novikov, T. Enqvist+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2011

Neutrino Physics Research参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、人工的放射性核種から発生する単エネルギー中性子の空間的パターンを検出することにより、次世代の液体シンチレーター検出器LENAを用いて高精度なニュートリノ振動測定を実現する手法を提案している。1 MCiを超える原子炉を用いた源を用いることで、0.01–2 eV²の質量範囲において、活性ニュートリノおよびステアーリルニュートリノの混合パラメータを精密に測定可能である。

ABSTRACT

The large next generation liquid-scintillator detector LENA (Low Energy Neutrino Astronomy) offers an excellent opportunity for neutrino oscillometry. The characteristic spatial pattern of very low monoenergetic neutrino disappearance from artificial radioactive sources can be detected within the long length of detector. Sufficiently strong sources of more than 1 MCi activity can be produced at nuclear reactors. Oscillometry will provide a unique tool for precise determination of the mixing parameters for both active and sterile neutrinos within the broad mass region 0.01 - 2 (eV)^2. LENA can be considered as a versatile tool for a careful investigation of neutrino oscillations.

研究の動機と目的

• 次世代のLENA検出器を用いた高精度なニュートリノ振動測定の可能性を検討すること。
• 大容量の液体シンチレーター検出器において、人工的で単エネルギーの非常に低エネルギーのニュートリノを検出することを調査すること。
• 0.01–2 eV²の広い質量範囲にわたる、活性ニュートリノおよびステアーリルニュートリノの混合パラメータを特定すること。
• LENAが詳細なニュートリノ振動研究のための多目的ツールとしての可能性を評価すること。
• 原子炉から得られる高活性源（>1 MCi）を用いた制御されたニュートリノ振動実験への応用を評価すること。

提案手法

• 長基準距離を有する大容量液体シンチレーター検出器（LENA）を用い、ニュートリノ消失の空間的パターンを観測する。
• 原子炉で生成された、1 MCiを超える活性度を持つ人工的単エネルギーニュートリノ源を用いる。
• 基準距離に応じた振動確率を測定し、混合パラメータを抽出する。
• 量子干渉および混合に起因するニュートリノフラックスのずれを検出するために、振動測定技術を適用する。
• 検出器の高いグレインネスと低バックグラウンドを活かして、ニュートリノ反応の空間的分布を解像する。
• 検出イベントのエネルギーおよび角度依存性を分析し、活性ニュートリノおよびステアーリルニュートリノ状態の振動パラメータを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LENAは、人工的単エネルギー源を用いて、ニュートリノ混合パラメータを高精度で測定可能か？
• RQ2 0.01–2 eV²の質量範囲において、LENAはステアーリルニュートリノ状態に対してどの程度の感度を持つのか？
• RQ3 大容量液体シンチレーター検出器において、ニュートリノ消失の空間的パターンはどの程度解像可能か？
• RQ4 十分な統計的精度を達成するためには、どの程度の源活性度（≥1 MCi）が必要か？
• RQ5 1回の実験で、LENAは活性ニュートリノとステアーリルニュートリノの混合をどの程度明確に区別できるか？

主な発見

• LENAは、長基準距離における人工的単エネルギー源からのニュートリノ消失の特徴的な空間的パターンを検出可能である。
• 1 MCiを超える活性度の源は原子炉で生成可能であり、高精度測定に必要な統計的有意性を満たす。
• 検出器は、0.01–2 eV²の質量範囲における活性ニュートリノおよびステアーリルニュートリノの混合パラメータを測定可能である。
• LENAにおける振動測定は、標準模型を越えたニュートリノ振動を精密に探査するための独自で高精度なツールを提供する。
• 大規模かつ低バックグラウンドの特性を有するLENAは、ニュートリノ振動パターンにおける微細構造の解像に最適である。
• 本研究は、LENAが包括的なニュートリノ振動研究のための多用途プラットフォームとして機能可能であることを確認した。