ダブルショーのロゴ ダブルショー （Double Chooz ） は、フランス のショー （英語版 、フランス語版 ） ニュートリノ振動 実験である。電子ニュートリノ から他のニュートリノへの変化に関与しているニュートリノ振動パラメータであるθ 13 混合角ショー原子力発電所 の原子炉をニュートリノ源として、ニュートリノフラックスを測定している。原子炉から400メートル及び1,050メートルの2か所に検出器を有し、そのうちの1つの検出器は前身であるショー実験 （英語版 ） [ 1]
ダブルショーは2つの同一のガドリニウム を添加した液体シンチレータ検出器 を用いている[ 2] シンチレータ である[ 3] [ 4]
最も内側は直径230 cm、高さ245.8 cm、厚さ0.8 cmのアクリル樹脂 製容器である。この容器はガドリニウム(Gd)を1 グラム/リットル付加した10,000リットルの液体シンチレータで満たされており、これがニュートリノ標的となる。その次の外層はγキャッチャーである。これはニュートリノ標的を取り囲む厚さ55 cmのGdが付加されていない液体シンチレータ層である。γキャッチャーのケースは厚さ12 cmでニュートリノ標的の容器と同じ素材でできている。どちらの容器も波長400 nm以上の光子が透過するように、この素材が選ばれた[ 3] [ 4]
バッファー容器は、幅552.2 cm、高さ568.0 cm、厚さ0.3 cmのステンレス鋼304L製である。アクリルの二重容器で占められていない残りの内部空間はシンチレータではない鉱油で満たされている。バッファー容器の内面には390個の10インチ光電子増倍管 (PMT)がある。バッファー層の目的はPMTと周囲の岩盤の放射能に対する遮蔽である。ニュートリノ標的とγキャッチャーにこれらを加えたものをまとめて「内部検出器」(inner detector)と呼ぶ [ 3] [ 4]
内部ベトー はバッファー容器を厚さ50 cmのシンチレータである鉱油で取り囲んだものである。さらに、78個の8インチPMTが上部、下部、側部に配置されている。この内部ベトー層はミュー粒子と速中性子に対するアクティブベトーとして機能する。周囲の厚さ15 cmのスチールケースが外部のγ線に対するさらなる遮蔽として機能する。外部ベトーは検出器タンクの上部を覆っている。これは5 cm x 1 cmの直交するストリップからなる[ 3] [ 4]
内部検出器と内部ベトーからの信号は、サンプリングレート500 MHzの8ビットフラッシュADC 装置によって記録される。検出器のトリガー閾値は、予測される反電子ニュートリノの1.02 MeVよりもはるかに低い350 keVに設定されている[ 3] [ 4]
数年の間、ダブルショーは後置検出器のみが稼働しており、予測されるフラックスを計算するためにビュジェ4号機のようなモデルを用いてきた。完成した前置検出器によって今後データ収集の精度が向上する予定である。
ニュートリノ は電気的に中性で、 弱い相互作用しかしない非常に軽い粒子である。つまり、気付かれることなく長い距離を移動することができる。ニュートリノの特性のひとつは伝搬するにつれ、ある確率でニュートリノ振動 によりフレーバー (
e
,
μ μ -->
,
τ τ -->
{\displaystyle e,\mu ,\tau }
θ θ -->
13
{\displaystyle \theta _{13}}
1990年代に行われたショー実験 （英語版 ）
θ θ -->
13
{\displaystyle \theta _{13}}
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
<
0.2
{\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})<0.2}
これは10年以上にわたって最も良い実験的上限であった。ダブルショー実験の目的は、以下のようなさらに小さな領域での
θ θ -->
13
{\displaystyle \theta _{13}}
0.03
<
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
<
0.2
{\displaystyle 0.03<\sin ^{2}(2\theta _{13})<0.2}
混合角の観測は原子炉の核分裂反応 によって放出される
ν ν -->
¯ ¯ -->
e
{\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}
ν ν -->
¯ ¯ -->
e
{\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}
P
=
1
− − -->
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
sin
2
-->
(
1.27
Δ Δ -->
m
31
2
L
E
ν ν -->
)
(
i
n
n
a
t
u
r
a
l
u
n
i
t
s
)
.
{\displaystyle P=1-\sin ^{2}(2\theta _{13})\,\sin ^{2}\left({\frac {1.27\Delta m_{31}^{2}L}{E_{\nu }}}\right)\quad \mathrm {(in\;natural\;units).} }
ここで、
L
{\displaystyle L}
E
ν ν -->
{\displaystyle E_{\nu }}
ν ν -->
¯ ¯ -->
e
{\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}
[ 4]
原子炉からのニュートリノは逆ベータ崩壊 (IBD)プロセスによって観測される。
ν ν -->
¯ ¯ -->
e
+
p
→ → -->
e
+
+
n
.
{\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}+p\to e^{+}+n.}
[ 4] 考慮すべきバックグラウンドが存在するため、(IBD)の候補は以下のように決定される。先発信号の可視エネルギーは0.5から20 MeVの間でなければならず、後発信号のエネルギーは4から10 MeVの間でなければならず、2つの信号の時間差は0.5から150マイクロ秒の間でなければならず、2つの信号のバーテックスの距離は100 cm未満でなければならず、そして他の信号（後発信号を除く）が先発信号の200マイクロ秒前から600マイクロ秒後までに見つからないことが要求される。先発信号の検出効率はほぼ100%に達したものの、後発信号を検出することはGd濃度や中性子散乱モデルの問題により容易ではない[ 4]
2011年11月、θ 13 のゼロでない値を示唆する最初の実験結果がソウル で行われたLowNuカンファレンスで発表された[ 5] [ 6] θ 13 が測定され、振動なし仮説は2.9シグマで排除された[ 7]
水素による中性子捕獲が独立したデータを作成するために用いられ、2013年に別の測定値を得るために分析された[ 8]
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
=
0.097
± ± -->
0.034
(
s
t
a
t
)
± ± -->
0.034
(
s
y
s
t
)
.
{\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})=0.097\pm 0.034\,\mathrm {(stat)} \pm 0.034\,\mathrm {(syst)} .}
原子炉停止時のデータを用いたバックグラウンドの独立した測定値[ 9] Physics Letters B
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
=
0.102
± ± -->
0.028
(
s
t
a
t
)
± ± -->
0.033
(
s
y
s
t
)
.
{\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})=0.102\pm 0.028\,\mathrm {(stat)} \pm 0.033\,\mathrm {(syst)} .}
バックグラウンドと系統的不確実性を低減して改善された467.90日のデータによる測定値が2014年にJournal of High Energy Physics （英語版 ） [ 4]
sin
2
-->
(
2
θ θ -->
13
)
=
0.090
− − -->
0.029
+
0.032
.
{\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})=0.090_{-0.029}^{+0.032}.}
ダブルショーは陽電子 の対消滅を遅らせシンチレーション信号を歪める事象である検出器内でのポジトロニウム の形成を識別することができた
[ 10] Borexino で宇宙線由来の11 Cバックグラウンドに対して行われたものと同様である。オルソポジトロニウムの寿命± 0.15 ns
ローレンツ対称性の破れのパラメータに対する制限も与えられた[ 11]
日本において同様な実験として、KASKAが計画されていた。KASKAでは柏崎刈羽原子力発電所 から1.8キロ程度の近距離におけるニュートリノ振動 の観測を目指していた[ 12] [ 13]
^ “Inauguration of second neutrino detector for Double Chooz experiment” . (25 September 2014). http://www.cea.fr/english-portal/news-list/inauguration-of-second-neutrino-detector-for-dou-142877 ^ L, Mikaelyan and; V, Sinev (2000). “Neutrino Oscillations at Reactors: What Is Next?”. Physics of Atomic Nuclei 63 (6): 1002. arXiv :hep-ex/9908047 . Bibcode : 2000PAN....63.1002M . doi :10.1134/1.855739 . ^ a b c d e
Ardellier, F. (2006). Double Chooz: A Search for the Neutrino Mixing Angle θ13 arXiv :hep-ex/0606025 . Bibcode : 2006hep.ex....6025G .
^ a b c d e f g h i
Abe, Y. (2014). “Improved measurements of the neutrino mixing angle θ13 with the Double Chooz detector”. Journal of High Energy Physics （英語版 ） 2014 (10): 86. arXiv :1406.7763 . Bibcode : 2014JHEP...10..086A . doi :10.1007/JHEP10(2014)086 .
^ Herve de Kerret, "First results from the Double Chooz experiment" , talk at the LowNu conference, Seoul, November 2011, via: “First Results from Double Chooz ”. 2011年11月12日時点のオリジナル よりアーカイブ。2011年11月10日 閲覧。 ^ Y, Abe (28 March 2012). “Indication for the disappearance of reactor electron antineutrinos in the Double Chooz experiment”. Physical Review Letters 108 (19): 131801. arXiv :1112.6353 . Bibcode : 2012PhRvL.108m1801A . doi :10.1103/PhysRevLett.108.131801 . PMID 22540693 . ^
Abe, Y. (18 September 2012). “Reactor ν¯e disappearance in the Double Chooz experiment”. Physical Review D 86 (5): 052008. arXiv :1207.6632 . Bibcode : 2012PhRvD..86e2008A . doi :10.1103/PhysRevD.86.052008 .
^
Abe, Y. (2013). “First Measurement of θ 13 from Delayed Neutron Capture on Hydrogen in the Double Chooz Experiment”. Physics Letters B 723 (1–3): 66–70. arXiv :1301.2948 . Bibcode : 2013PhLB..723...66A . doi :10.1016/j.physletb.2013.04.050 .
^
Abe, Y. (2014). “Background-independent measurement of θ 13 in Double Chooz”. Physics Letters B 735 : 51–56. arXiv :1401.5981 . Bibcode : 2014PhLB..735...51A . doi :10.1016/j.physletb.2014.04.045 .
^ Abe, Y. (October 2014). “Ortho-positronium observation in the Double Chooz experiment”. Journal of High Energy Physics （英語版 ） 2014 (10): 32. arXiv :1407.6913 . Bibcode : 2014JHEP...10..032A . doi :10.1007/JHEP10(2014)032 . hdl :1721.1/92880 ^ Abe, Y. (December 2012). “First test of Lorentz violation with a reactor-based antineutrino experiment”. Physical Review D 86 (11): 112009. arXiv :1209.5810 . Bibcode : 2012PhRvD..86k2009A . doi :10.1103/PhysRevD.86.112009 . hdl :1721.1/76809 ^ Masahiro Kuze (for the KASKA Collaboration) (2005). “The KASKA project – a Japanese medium-baseline reactor-neutrino oscillation experiment to measure the mixing angle θ13 –”. Nuclear Physics B - Proceedings Supplements 149 : 160-162. arXiv :hep-ex/0502002 . doi :10.1016/j.nuclphysbps.2005.05.039 . ^ “KASKAグループの今後について ” (2009年9月). 2020年3月17日 閲覧。
