SHINEはニュートリノビームに光を当てます

SHINEとしても知られるCERNのNA61実験は、米国での実験で使用されたニュートリノビームの内容を物理学者が解明するのに役立つ新しい測定を行った。

2023 年 6 月 7 日

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アナ・ロペス著

NA61/SHINEが設置される実験ホール（画像：CERN）

138億年前のビッグバンの際、あらゆる物質粒子は、反対の電荷に相当する反物質とともに生成されたと考えられています。 しかし、現在の宇宙には反物質よりもはるかに多くの物質が存在します。 なぜこのようなことが起こるのかは、物理学の最大の疑問の 1 つです。

その答えの少なくとも一部は、ニュートリノと呼ばれる粒子にあるかもしれません。ニュートリノは電荷を持たず、ほとんど質量がなく、宇宙を移動するにつれてその正体を3つのタイプのうちの1つから別のタイプに変化させる、または「振動」します。 ニュートリノが反物質に相当する反ニュートリノとは異なる方法で振動した場合、宇宙における物質と反物質の不均衡を説明するのに役立つ可能性があります。

米国の NOvA 実験など、世界中の実験がこの可能性を調査しており、DUNE などの次世代実験も同様です。 これらの長基線ニュートリノ振動実験では、ニュートリノのビームが長距離、つまり長基線を移動した後に測定されます。 次に反ニュートリノのビームを使って実験を行い、その結果をニュートリノのビームの結果と比較して、2 つの双晶粒子が同様の方法で振動するか、それとも異なる方法で振動するかを確認します。

この比較は、ニュートリノ ビームと反ニュートリノ ビームが移動する前のニュートリノ ビーム内のニュートリノ数の推定に依存します。 これらのビームは、固定されたターゲットに陽子のビームを発射することによって生成されます。 ターゲットとの相互作用により他のハドロンが生成され、磁気「ホーン」を使用して集束され、長いトンネルに向けられ、そこでニュートリノや他の粒子に変換されます。 しかし、この複数段階のプロセスでは、陽子とターゲットの相互作用に直接依存する、ビームに含まれるニュートリノの数を含む、結果として得られるビームの粒子含有量を計算するのは簡単ではありません。

SHINE としても知られる CERN の NA61 実験に参加してください。 スーパー陽子シンクロトロンからの高エネルギー陽子線と適切なターゲットを使用することで、実験では関連する陽子とターゲットの相互作用を再現できます。 NA61/SHINE はこれまでに、相互作用で生成されニュートリノを生成する荷電ハドロンの測定を行ってきました。 これらの測定は、既存の長基線実験で使用されるニュートリノ ビームの内容の推定を改善するのに役立ちました。

NA61/SHINE コラボレーションは、これらの推定をさらに改善するのに役立つ新しいハドロン測定結果をリリースしました。 今回、共同研究では、エネルギー 120 GeV の陽子ビームと炭素ターゲットを使用して、ニュートリノを生成する荷電ハドロンに崩壊する 3 種類の電気的に中性のハドロンを測定しました。

この 120 GeV の陽子と炭素の相互作用は、NOvA のニュートリノ ビームの生成に使用され、おそらく DUNE のビームの生成にも使用されるでしょう。 相互作用によって生成されるさまざまなニュートリノ生成中性ハドロンの数の推定はコンピューター シミュレーションに依存しており、その出力は基礎となる物理学の詳細に応じて大きく異なります。

「これまで、この相互作用を利用したニュートリノ実験のシミュレーションは、異なるエネルギーと標的核を用いた古い測定結果からの不確実な外挿に依存していました。炭素上の120GeV陽子からの粒子生成のこの新しい直接測定により、これらの外挿の必要性が軽減されます。」 NA61/SHINE副広報担当エリック・ジマーマン氏はこう説明する。

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ニュートリノについてもっと知りたいですか? CERN、フェルミ研究所、サンフォード地下研究施設 (SURF) に参加して、6 月 15 日午後 6 時 (CEST) からインタラクティブなライブストリームを開催します。