大亜湾原子炉ニュートリノ実験

大亜湾検出器の1つ。

大亜湾原子炉ニュートリノ実験（だやわんげんしろニュートリノじっけん、中国語：大亚湾核反应堆中微子实验）は、ニュートリノを研究する中国に拠点を置く多国籍の素粒子物理学プロジェクトである。多国籍共同研究には、中国、チリ、米国、台湾、ロシア、チェコ共和国の研究者が参加している。このプロジェクトは米国では、アメリカ合衆国エネルギー省の高エネルギー物理学局から資金提供を受けている。

香港から北へ約52キロメートル、深圳市から東へ約45キロメートルの大亜湾に位置する。香港のアバディーントンネル地下研究所（英語版）は、大亜湾原子炉ニュートリノ実験に影響を与える可能性のある宇宙線ミュー粒子からできる中性子を測定するプロジェクトで提携している。

6機の原子炉から1.9キロメートル以内の3か所に集められた8個の反ニュートリノ検出器で実験が行われる。それぞれの検出器は20トンの液体シンチレータ（ガドリニウムを添加した直鎖アルキルベンゼン）を光電子増倍管と遮蔽体で取り囲んで構成したものである。^[1]

これよりもかなり大きい後継機が開平市で江門地下ニュートリノ観測所（英語版） (JUNO)として開発されている ^[2]。この観測所では20,000トンの液体シンチレータで満たしたアクリル球を原子炉の反ニュートリノを検出するために用いる予定である。2015年1月10日に起工し、2020年に稼働予定である。^[3]

ニュートリノ振動

この実験は大亜湾原子力発電所と嶺澳原子力発電所の原子炉で生成される反ニュートリノを用いて、ニュートリノ振動を研究し、混合角θ₁₃を測定することを目的としている。科学者は、ニュートリノでCP対称性の破れがあるかどうかにも興味を持っている。

2012年3月8日、大亜湾共同研究グループは5.2σの有意性で以下のようにθ₁₃≠0であることを発見したと発表した^[4][5][6]

${\displaystyle \sin ^{2}(2\ \theta _{13})=0.092\pm 0.016\,\mathrm {(stat)} \pm 0.005\,\mathrm {(syst)} .}$

この意義深い結果は新しい種類のニュートリノ振動を表しており、それは驚くほど大きなものである^[7] 。これはT2K、MINOS（英語版）そしてダブルショーで以前に測定されたより有意性の低い結果と矛盾しない。θ₁₃がこれほど大きいならば、NOνAはニュートリノ質量階層性を検出できる可能性が50％程度の確率であるといえる。これらの実験でニュートリノのCP対称性の破れも探査することができる可能性がある。

共同研究グループは2014年に解析結果を更新した^[8]。エネルギースペクトルを使用することで混合角の範囲が改善された。

${\displaystyle \sin ^{2}(2\ \theta _{13})=0.090_{-0.009}^{+0.008}}$

水素によって捕捉された中性子からの事象を使用した独立した測定の結果も公表された： ^[9]

${\displaystyle \sin ^{2}(2\ \theta _{13})=0.083\pm 0.018}$.

大亜湾のデータを使用して、軽いステライルニュートリノの信号が探索され、以前には未探査だった質量領域が除外された。 ^[10]

Moriond 2015物理学カンファレンスで、混合角と質量差の新たな最適値が発表された： ^[11]

${\displaystyle \sin ^{2}(2\ \theta _{13})=0.084\pm 0.005,\qquad |\Delta m_{ee}^{2}|=2.44_{-0.11}^{+0.10}\times 10^{-3}{\rm {eV}}^{2}}$

反ニュートリノスペクトル

大亜湾共同研究グループは反ニュートリノエネルギースペクトルを測定し、約5MeVのエネルギーの反ニュートリノが理論的予測より多いことを見出した。観測と予測の間のこの予期しない不一致は、素粒子物理学の標準模型に改善が必要であることを示唆している。^[12]

関連項目

• ニュートリノ
• ステライルニュートリノ
• 弱い相互作用

外部リンク

• 公式ウェブサイト
• “Catching neutrinos in China”. 2007年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年11月15日閲覧。
• “Daya Bay θ₁₃ reactor neutrino experiment & Aberdeen cosmic ray muon-induced neutron experiment”. The Chinese University of Hong Kong. 2007年5月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年4月27日閲覧。

共同研究者

• 北京師範大学
• ブルックヘブン国立研究所
• チリ・カトリック大学
• カリフォルニア工科大学
• プラハ・カレル大学
• 成都理工大学
• 中国広東核電集団
• 中国原子能科学研究院
• 中国科学院
• 香港中文大学
• ウィリアム・アンド・メアリー大学
• 東莞理工学院（中国語版）
• イリノイ工科大学
• 中国科学院高エネルギー物理研究所（中国語版）
• アイオワ州立大学
• ドゥブナ合同原子核研究所
• クルチャトフ研究所
• ローレンス・バークレー国立研究所とカリフォルニア大学バークレー校
• 南京大学
• 南開大学
• 国立交通大学
• 国立台湾大学
• 国立聯合大学
• プリンストン大学
• レンセラー工科大学
• 山東大学
• 上海交通大学
• 深圳大学
• シエナ大学（英語版）
• 中山大学
• テンプル大学
• 清華大学
• カリフォルニア大学ロサンゼルス校
• 香港大学
• ヒューストン大学（英語版）
• イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
• 中国科学技術大学
• ウィスコンシン大学
• イェール大学
• バージニア工科大学

脚注

[脚注の使い方]

1. Daya Bay collaboration (22 May 2012). “A side-by-side comparison of Daya Bay antineutrino detectors”. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 685 (1): 78–97. arXiv:1202.6181. Bibcode: 2012NIMPA.685...78A. doi:10.1016/j.nima.2012.05.030. https://www.researchgate.net/publication/237172571. 
2. Li, Xiaonan (August 2013). Daya Bay II: Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) (PDF). Windows On the Universe.
3. “Groundbreaking at JUNO”. Interactions NewsWire. (10 January 2015). http://www.interactions.org/cms/?pid=1034412 2015年1月12日閲覧。 
4. Daya Bay Collaboration (2012). “Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay”. Physical Review Letters 108 (17): 171803. arXiv:1203.1669. Bibcode: 2012PhRvL.108q1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.108.171803. PMID 22680853. http://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20120521-073412262. 
5. Adrian Cho (8 March 2012). “Physicists in China Nail a Key Neutrino Measurement”. ScienceNow. 2012年3月9日閲覧。
6. Eugenie Samuel Reich (8 March 2012). “Neutrino oscillations measured with record precision”. Nature. doi:10.1038/nature.2012.10202. http://www.nature.com/news/neutrino-oscillations-measured-with-record-precision-1.10202. 
7. "Announcing the First Results from Daya Bay: Discovery of a New Kind of Neutrino Transformation" (Press release). University of California, Berkeley. 8 March 2012.
8. Daya Bay Collaboration (10 February 2014). “Spectral measurement of electron antineutrino oscillation amplitude and frequency at Daya Bay”. Physical Review Letters 112 (6): 061801. arXiv:1310.6732. Bibcode: 2014PhRvL.112f1801A. doi:10.1103/PhysRevLett.112.061801. PMID 24580686. http://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20140327-145449958. 
9. Daya Bay Collaboration (3 October 2014). “Independent measurement of the neutrino mixing angle θ₁₃ via neutron capture on hydrogen at Daya Bay”. Phys. Rev. D 90 (7): 071101. arXiv:1406.6468. Bibcode: 2014PhRvD..90g1101A. doi:10.1103/PhysRevD.90.071101. http://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20141204-112407246. 
10. Daya Bay Collaboration (1 October 2014). “Search for a Light Sterile Neutrino at Daya Bay”. Phys. Rev. Lett. 113 (14): 141802. arXiv:1407.7259. Bibcode: 2014PhRvL.113n1802A. doi:10.1103/PhysRevLett.113.141802. PMID 25325631. http://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20141205-151429088. 
11. Bei-Zhen Hu; et al. (14 May 2015). "Recent Results from Daya Bay Reactor Neutrino Experiment". arXiv:1505.03641 [hep-ex]。
12. An, F.P. (2016-02-12). “Measurement of the reactor antineutrino flux and spectrum at Daya Bay”. Physical Review Letters 116 (6): 061801. arXiv:1607.05378. Bibcode: 2016PhRvL.116f1801A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061801. PMID 26918980.