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 理学部　物理学科　基礎物理学教室
 Fundamental Physics Laboratory

教授：
　　渋谷　寛
　　小川　了
■ 概要
ニュートリノ振動の研究（OPERA）
国際協力実験OPERAはニュートリノ振動の結果出現した異種ニュートリノを検出してこの現象の確認に決着をつけることを目指している。欧州原子核研究機構（CERN）から発射されたミューニュートリノビーム中にタウニュートリノが出現することを約730km離れたグランサッソ地下研究所で観測する。タウニュートリノ反応はタウレプトンの特徴的な崩壊を高分解能の原子核乾板（エマルションフィルム）で観測して識別する。標的質量1250トンの実験装置は原子核乾板・鉛板を積層したECC検出器と電気信号検出器を組み合わせて製作，建設されたものである。本格的な照射実験は2008年から2012年までの５年間で、合計19,505個のニュートリノ反応が標的中に記録された。このニュートリノ反応の測定も並行して進められ，すでに5200例を超えるニュートリノ反応が解析された。その中から3例のタウニュートリノ反応候補が検出されている。この3例を全てニュートリノ振動以外の原因（背景事象）で説明できる確率は約３×１０のマイナス４乗でニュートリノ振動の証拠を検出したと言える段階（３．４シグマ）に達した。
Kビームによるダブルハイパー核とH粒子の研究 （KEK E373，J-PARC E07）
KEK-PSのKビームをエマルション・ハイブリッド実験装置に打ち込み，準自由反応Kp→KΞにより生成されたΞ粒子をエマルション中で静止吸収させ，その結果生成されるS＝-2 原子核を観測し，詳細に解析する。この手法で世界初の確実なダブルハイパー核の観測に成功したE176実験に続き，検出器を改良したE373実験も本格的な解析が終了した。ラムファと同定されたNAGARA事象を含む４つのダブルハイパー核崩壊事象が観測されている。さらに，大強度陽子加速器施設（J-PARC）でもその特長を生かしたE07実験を準備中である。E07実験に向けて従来のハイブリッド手法に加えて、全面探査法の開発にも着手した。
B-ファクトリーにおけるCP対称性の破れの研究（KEK Belle）
B-ファクトリーは高エネルギー加速器研究機構（KEK）において8.0GeVの電子と3.5GeV の陽電子を衝突させることによりボトム・クォーク対を大量に生成し，「CPの破れ」の起源を探る計画である。本研究室は粒子同定装置の開発を他の研究機関と共同で推進し，実際にBelle検出器内部に設置した。2001年7月のB中間子における間接的CP非保存の発見，2003年度には直接的CP非保存の発見，数種類以上の新粒子の発見が報告され，豊富な物理を提供している。KEKでは，Belle実験の更なる高輝度実験であるBelleII実験に向けて，Belle検出器のアップグレードを計画している。粒子同定装置では，端管部を従来の閾値型エアロゲル検出器から、輻射体にエアロゲルを用いたリングイメージチェレンコフ検出器へのアップグレードを計画しており，本研究室も検出器要素の開発に参加している。本研究室では，特に，チェレンコフリングの検出に用いるため，2次元に多チャンネル化した，アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を組み込んだ，ハイブリッド型の光電子増倍管（HAPD）の開発に取り組んでいる。2013年度は、ＡＰＤの膜構造を最適化することにより、放射線、中でもガンマ線を照射したときに生じるＡＰＤのブレークダウンを抑制出来ることが分かり、放射線耐性を持つHAPDの量産に目途がついた。
全天監視宇宙線望遠鏡による高エネルギー宇宙線の観測実験（Ashra）
Ashraは全天を覆う視野を持ち，イメージインテンシファイアを用いた高精度広視野光電撮像系を持つ望遠鏡ステーション3基を米国ハワイ島に建設し，光学閃光観測，TeV領域のガンマ線，高エネルギー核子，および高エネルギーニュ-トリノの同時観測が可能な宇宙線望遠鏡である。2005年7月にハワイ島のマウナロア山頂のAshra観測地に対してハワイ州から土地の利用許可が下り，ステーションの建設を開始した。2007年度夏に大規模な集中建設を行い，27機の集光器を収めるシェルターがサイトに完成した。2008年6月より物理観測を開始した。2008年12月には、GRB天体からの閃光観測と地球かすりニュートリノ観測の同時が実現した。2012年1月から2013年３月まで第３期観測を行い1950時間のトリガー観測データを取得した。
磁場印加型エマルション検出器の基礎研究
将来のニュートリノ振動実験ではニュートリノ反応と反ニュートリノ反応の識別が重要で，その実現のため有望視されている検出器候補の一つが磁場印加型エマルション検出器である。その基礎研究として各種のビーム照射実験を行っている。2009年度はCERN 陽子シンクロトロン(PS)において２種類の磁場印加型エマルション検出器にπ ビームと電子ビームを照射し，10 GeV/cにおいても十分な運動量測定精度・電荷識別能力が得られることがわかった。一方，エマルション検出器製作上の課題、フィルムの固定が不十分という問題も明らかになった。そこで、圧力センサー装着した検出器を製作し、宇宙線照射実験を行った。その結果、フィルム固定に適した圧力を見出すことができた。2012年度にはバネを用いたエマルション検出器を製作してCERNの２次ハドロンビームを照射し、フィルムのズレがなく、平面性を保つ方法を研究した。
■ Keywords
素粒子実験, ニュートリノ, B-ファクトリー, ダブルハイパー核, 高エネルギー宇宙線, エマルション, 原子核乾板
■ 当該年度の研究費受入状況
1.  科研費（基盤研究（Ｃ））  (研究課題番号：23540347)
 研究課題：磁場印加型エマルション検出器を用いたニュートリノ振動実験  (研究代表者：渋谷寛)
 研究補助金：1007990円  (代表)
2.  科研費（基盤研究（Ａ））  (研究課題番号：24244027)
 研究課題：オペラ検出器によるニュートリノの研究  (研究分担者：渋谷寛)
 研究補助金：1000000円  (分担)
3.  科研費（新学術領域研究（研究領域提案型））  (研究課題番号：25105006)
 研究課題：超高解像度ニュートリノ検出器の開発  (研究分担者：渋谷寛)
 研究補助金：1000000円  (分担)
■ 当該年度研究業績数一覧表
研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表
和文英文 和文英文 国内国際
筆
頭		共
著		筆
頭		共
著		 筆
頭		共
著		筆
頭		共
著		 筆
頭		共
著		 演
者		共
演		演
者		共
演		 演
者		共
演
小川　了   教授
   1 22          1
  13
  
  1
  
  
渋谷　寛   教授
    5          
  14
  1
  
  
  
計  0／ 1／  0／ 0／  0／  1
(0)		／  1
(0)		／  0
(0)		／
研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表
和
文		英
文		 和
文		英
文		 国
内		国
際
筆
頭		筆
頭 		筆
頭		筆
頭 		筆
頭		 演
者		演
者 		演
者
小川　了   教授
  1       1
  
  
渋谷　寛   教授
         
  1
  
計  0 1  0 0  0  1
(0)		  1
(0)		  0
(0)
(  )：発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会 (  )：発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会
■ 刊行論文
原著
1. A. Zupanc, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Measurements of branching fractions of leptonic and hadronic D+s meson decays and extraction of the D+s meson decay constant.  JHEP  09 ：139 , 2013
2. S. Ogawa, H. Shibuya, M. Sasaki et al. ( Ashra-I Collaboration )：  Trigger and readout system for the Ashra detector.  JPS Conf. Proc.  1 ：013111 , 2014
3. N. Agafonova, T. Fukuda, H. Ishida, M. Kimura, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (The OPERA collaboration)：  Search for νμ → νe oscillations with the OPERA experiment in the CNGS beam.  Journal of High Energy Physics  07 (004) ：1 -15 , 2013
4. N. Agafonova, T. Fukuda, H. Ishida, M. Kimura, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (The OPERA collaboration)：  New results on νμ→ντ appearance with the OPERA experiment in the CNGS beam.  Journal of High Energy Physics  11 (036) ：1 -32 , 2013
5. S. Uehara, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  High-statistics study of K0S pair production in two-photon collisions.  PTEP  2013 ：123C01 , 2013
6. J.K. Ahn, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (E373(KEK-PS) Collaboration)：  Double-Λ hypernuclei observed in a hybrid emulsion experiment.  Physical Review C  88 (014003) ：1 -10 , 2013
7. O. Lutz, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Search for B→h(*)ννbar with the full Belle Υ(4S) data sample.  Physical Review D  87 ：111103 , 2013
8. C.P. Shen, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Measurement of exclusive Υ(1S) and Υ(2S) decays into Vector-Pseudoscalar final states.  Physical Review D  88 ：011102 , 2013
9. A. Sibidanov, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Study of Exclusive B→Xulν Decays and Extraction of ||Vub}|| using Full Reconstruction.  Physical Review D  88 ：032005 , 2013
10. E. White, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Measurement of the wrong-sign decay D0→K+Π−Π+Π−.  Physical Review D  88 ：051101 , 2013
11. P. Krokovny, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  First observation of the Z0bbar(10610) in a Dalitz analysis of Υ(10860)→Υ(nS)Π0Π0.  Physical Review D  88 ：052016 , 2013
12. C.P. Shen, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Measurement of e+e−→ωπ0, K*(892)Kbar and K*2(1430)Kbar at √s near 10.6 GeV.  Physical Review D  88 ：052019 , 2013
13. R. Chistov, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  First observation of Cabibbo-suppressed Ξ0c decays.  Physical Review D  88 ：071103 , 2013
14. K. Chilikin, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Experimental constraints on the spin and parity of the Z(4430)+.  Physical Review D  88 ：074026 , 2013
15. M. Nayak, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Evidence for the suppressed decay B→DK-, D→K+π-π0.  Physical Review D  88 ：091104 , 2013
16. N. Agafonova, T. Fukuda, H. Ishida, M. Kimura, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (The OPERA collaboration)：  Evidence for νμ→ντ appearance in the CNGS neutrino beam
with the OPERA experiment.  Physical Review D  89 (051102(R)) ：1 -6 , 2014
17. K.J. Tien, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Evidence for Semileptonic B-→p pbarlνbar Decays.  Physical Review D  89 ：011101 , 2014
18. I. Adachi, S. Ogawa et al.( BELLE collaboration )：  Study of B0→ρ0ρ0 decays, implications for the CKM angle φ2 and search for other four pion final states.  Physical Review D  89 ：072008 , 2013
19. Z.Q. Liu, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Study of e+e−→π+π−J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle.  Physical Review Letters  110 ：032001 , 2013
20. V. Bhardwaj , S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Evidence of a new narrow resonance decaying to χc1γ in B→χc1γK.  Physical Review Letters  111 ：032001 , 2013
21. S. Sandilya, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Search for Bottomonium States in Exclusive Radiative Υ(2S) Decays.  Physical Review Letters  111 ：112001 , 2013
22. K. Belous, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Measurement of the τ-lepton lifetime at Belle.  Physical Review Letters  112 ：031801 , 2014
23. E. Solovieva, S. Ogawa et al. ( BELLE Collaboration )：  Evidence for B0sbar→Λ+cΛbarπ−.  Physics Lettes B  726 ：206 -210 , 2013
■ 学会発表
国内学会
1. ◎佐藤修、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAの最新結果.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
2. ◎大村拓也、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAの現状.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
3. ◎中塚裕司、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAにおける崩壊事象探索.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
4. ◎安彦ちほ、鹿子畑千也子、清水日菜乃、高田巧磨、小川了、渋谷寛、他 Ashra Collaboration： Ashra-1 大気蛍光観測のためのトリガー試験観測.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
5. ◎高田巧磨、安彦ちほ、鹿子畑千也子、清水日菜乃、小川了、渋谷寛、他 Ashra Collaboration： Ashra-1 トリガーセンサーの性能試験.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
6. ◎佐々木真人、安彦ちほ、鹿子畑千也子、清水日菜乃、高田巧磨、小川了、渋谷寛、他 Ashra Collaboration： Ashra-1 全体報告.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
7. ◎西村秋哉、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、鈴木平、他 OPERA Collaboration： OPERA実験におけるタウ崩壊のバックグラウンドとなるハドロン反応の研究.  日本物理学会 第69回年次大会,  東海大学湘南キャンパス（平塚市）,  2014/03
8. ◎佐藤修、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、渡部拓也、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAの最新結果.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
9. ◎石黒勝已、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、渡部拓也、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAの現状.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
10. ◎中塚裕司、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、渡部拓也、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAにおける崩壊事象探索.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
11. ◎北川暢子、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、渡部拓也、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAにおけるνμ→ νe 振動解析.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
12. ◎大村拓也、渋谷寛、小川了、福田努、松尾友和、石田拓運、牧野隆起、松本拓也、西村秋哉、渡部拓也、他 OPERA Collaboration： ニュートリノ振動実験OPERAでのニュートリノ反応点探索.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
13. ◎佐々木真人、安彦ちほ、鹿子畑千也子、清水日菜乃、高田巧磨、小川了、渋谷寛、他 Ashra Collaboration： Ashra-1 全体報告.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
14. ◎小川了、安彦ちほ、鹿子畑千也子、清水日菜乃、高田巧磨、渋谷寛、他 Ashra Collaboration： Ashra-1 観測4に向けた準備状況.  日本物理学会 2013年秋季大会,  高知大学朝倉キャンパス（高知市）,  2013/09
国際学会
1. ◎H. Shibuya, T. Fukuda, C. Fukushima, H. Ishida, M. Kimura, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa： Emulsion Neutrino Spectrometer for future neutrino experiments.  Workshop on Nuclear Track Emulsion and its Future,  Predeal, Romania,  2013/10
  ＊：Corresponding Author
  †：本学研究者