Towards mono-energetic virtual ν beam cross-section measurements: A feasibility study of ν-Ar interaction analysis with DUNE-PRISM
この実現可能性調査は、DUNE-PRISMコンセプトが移動可能な近傍検出器を利用して狭い仮想ニュートリノフラックスを構築できることを示しており、これにより高精度でモデルに依存しないミューオンニュートリノ荷電流断面積の測定が可能になるが、微分測定において数パーセントの統計的不確かさを達成するには大きな露出が必要となる。
原著者: DUNE Collaboration, S. Abbaslu, A. Abed Abud, R. Acciarri, L. P. Accorsi, M. A. Acero, M. R. Adames, G. Adamov, M. Adamowski, C. Adriano, F. Akbar, F. Alemanno, N. S. Alex, K. Allison, M. Alrashed, A. Alton, R. Alvarez, T. Alves, A. Aman, H. Amar, P. Amedo, J. Anderson, D. A. Andrade, C. Andreopoulos, M. Andreotti, M. P. Andrews, F. Andrianala, S. Andringa, F. Anjarazafy, S. Ansarifard, D. Antic, M. Antoniassi, A. Aranda-Fernandez, L. Arellano, E. Arrieta Diaz, M. A. Arroyave, M. Arteropons, J. Asaadi, M. Ascencio, A. Ashkenazi, D. Asner, L. Asquith, E. Atkin, D. Auguste, A. Aurisano, V. Aushev, D. Autiero, D. Ávila Gómez, M. B. Azam, F. Azfar, A. Back, J. J. Back, Y. Bae, I. Bagaturia, L. Bagby, D. Baigarashev, S. Balasubramanian, A. Balboni, P. Baldi, W. Baldini, J. Baldonedo, B. Baller, B. Bambah, F. Barao, D. Barbu, G. Barenboim, P. Barham Alzás, G. J. Barker, W. Barkhouse, G. Barr, A. Barros, N. Barros, D. Barrow, J. L. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, M. Bassani, D. Basu, C. Batchelor, L. Bathe-Peters, J. B. R. Battat, F. Battisti, J. Bautista, F. Bay, J. L. L. Bazo Alba, J. F. Beacom, E. Bechetoille, B. Behera, E. Belchior, B. Bell, G. Bell, L. Bellantoni, G. Bellettini, V. Bellini, O. Beltramello, A. Belyaev, C. Benitez Montiel, D. Benjamin, F. Bento Neves, J. Berger, S. Berkman, J. Bermudez, J. Bernal, P. Bernardini, A. Bersani, E. Bertholet, E. Bertolini, S. Bertolucci, M. Betancourt, A. Betancur Rodríguez, Y. Bezawada, A. T. Bezerra, A. Bhat, V. Bhatnagar, M. Bhattacharjee, S. Bhattacharjee, M. Bhattacharya, S. Bhuller, B. Bhuyan, S. Biagi, J. Bian, K. Biery, B. Bilki, M. Bishai, A. Blake, F. D. Blaszczyk, G. C. Blazey, E. Blucher, B. Bogart, J. Boissevain, S. Bolognesi, T. Bolton, L. Bomben, M. Bonesini, C. Bonilla-Diaz, A. Booth, F. Boran, R. Borges Merlo, N. Bostan, G. Botogoske, B. Bottino, R. Bouet, J. Boza, J. Bracinik, B. Brahma, D. Brailsford, F. Bramati, A. Branca, A. Brandt, J. Bremer, S. J. Brice, V. Brio, C. Brizzolari, C. Bromberg, J. Brooke, A. Bross, G. Brunetti, M. B. Brunetti, N. Buchanan, H. Budd, J. Buergi, A. Bundock, D. Burgardt, S. Butchart, G. Caceres V., R. Calabrese, R. Calabrese, J. Calcutt, L. Calivers, E. Calvo, A. Caminata, A. F. Camino, W. Campanelli, A. Campani, A. Campos Benitez, N. Canci, J. Capó, I. Caracas, D. Caratelli, D. Carber, J. M. Carceller, G. Carini, B. Carlus, M. F. Carneiro, P. Carniti, I. Caro Terrazas, H. Carranza, N. Carrara, L. Carroll, T. Carroll, A. Carter, E. Casarejos, D. Casazza, J. F. Castaño Forero, F. A. Castaño, C. Castromonte, E. Catano-Mur, C. Cattadori, F. Cavalier, F. Cavanna, S. Centro, G. Cerati, C. Cerna, A. Cervelli, A. Cervera Villanueva, J. Chakrani, M. Chalifour, A. Chappell, A. Chatterjee, B. Chauhan, C. Chavez Barajas, H. Chen, M. Chen, W. C. Chen, Y. Chen, Z. Chen, D. Cherdack, S. S. Chhibra, C. Chi, F. Chiapponi, R. Chirco, N. Chitirasreemadam, K. Cho, S. Choate, G. Choi, D. Chokheli, P. S. Chong, B. Chowdhury, D. Christian, M. Chung, E. Church, M. F. Cicala, M. Cicerchia, V. Cicero, R. Ciolini, P. Clarke, G. Cline, A. G. Cocco, J. A. B. Coelho, A. Cohen, J. Collazo, J. Collot, H. Combs, J. M. Conrad, L. Conti, T. Contreras, M. Convery, K. Conway, S. Copello, P. Cova, C. Cox, L. Cremonesi, J. I. Crespo-Anadón, M. Crisler, E. Cristaldo, J. Crnkovic, G. Crone, R. Cross, A. Cudd, C. Cuesta, Y. Cui, F. Curciarello, D. Cussans, J. Dai, O. Dalager, W. Dallaway, R. D'Amico, H. da Motta, Z. A. Dar, R. Darby, L. Da Silva Peres, Q. David, G. S. Davies, S. Davini, J. Dawson, R. De Aguiar, P. Debbins, M. P. Decowski, A. de Gouvêa, P. C. De Holanda, P. De Jong, P. Del Amo Sanchez, G. De Lauretis, A. Delbart, M. Delgado, A. Dell'Acqua, G. Delle Monache, N. Delmonte, P. De Lurgio, G. De Matteis, J. R. T. de Mello Neto, A. P. A. De Mendonca, D. M. DeMuth, S. Dennis, C. Densham, P. Denton, G. W. Deptuch, A. De Roeck, V. De Romeri, J. P. Detje, J. Devine, K. Dhanmeher, R. Dharmapalan, M. Dias, A. Diaz, J. S. Díaz, F. Díaz, F. Di Capua, A. Di Domenico, S. Di Domizio, S. Di Falco, L. Di Giulio, P. Ding, L. Di Noto, E. Diociaiuti, G. Di Sciascio, V. Di Silvestre, C. Distefano, R. Di Stefano, R. Diurba, M. Diwan, Z. Djurcic, S. Dolan, M. Dolce, M. J. Dolinski, D. Domenici, S. Dominguez, S. Donati, S. Doran, D. Douglas, T. A. Doyle, F. Drielsma, D. Duchesneau, K. Duffy, K. Dugas, P. Dunne, B. Dutta, D. A. Dwyer, A. S. Dyshkant, S. Dytman, M. Eads, A. Earle, S. Edayath, D. Edmunds, J. Eisch, W. Emark, P. Englezos, A. Ereditato, T. Erjavec, C. O. Escobar, J. J. Evans, E. Ewart, A. C. Ezeribe, K. Fahey, A. Falcone, M. Fani', D. Faragher, C. Farnese, Y. Farzan, J. Felix, Y. Feng, M. Ferreira da Silva, G. Ferry, E. Fialova, L. Fields, P. Filip, A. Filkins, F. Filthaut, G. Fiorillo, M. Fiorini, S. Fogarty, W. Foreman, J. Fowler, J. Franc, K. Francis, D. Franco, J. Franklin, J. Freeman, J. Fried, A. Friedland, M. Fucci, S. Fuess, I. K. Furic, K. Furman, A. P. Furmanski, R. Gaba, A. Gabrielli, A. M Gago, F. Galizzi, H. Gallagher, M. Galli, N. Gallice, V. Galymov, E. Gamberini, T. Gamble, R. Gandhi, S. Ganguly, F. Gao, S. Gao, D. Garcia-Gamez, M. Á. García-Peris, F. Gardim, S. Gardiner, A. Gartman, A. Gauch, P. Gauzzi, S. Gazzana, G. Ge, N. Geffroy, B. Gelli, S. Gent, L. Gerlach, A. Ghosh, T. Giammaria, D. Gibin, I. Gil-Botella, A. Gioiosa, S. Giovannella, A. K. Giri, V. Giusti, D. Gnani, O. Gogota, S. Gollapinni, K. Gollwitzer, R. A. Gomes, L. S. Gomez Fajardo, D. Gonzalez-Diaz, J. Gonzalez-Santome, M. C. Goodman, S. Goswami, C. Gotti, J. Goudeau, C. Grace, E. Gramellini, R. Gran, P. Granger, C. Grant, D. R. Gratieri, G. Grauso, P. Green, S. Greenberg, W. C. Griffith, A. Gruber, K. Grzelak, L. Gu, W. Gu, V. Guarino, M. Guarise, R. Guenette, M. Guerzoni, D. Guffanti, A. Guglielmi, F. Y. Guo, A. Gupta, V. Gupta, G. Gurung, D. Gutierrez, P. Guzowski, M. M. Guzzo, S. Gwon, A. Habig, L. Haegel, R. Hafeji, L. Hagaman, A. Hahn, J. Hakenmüller, T. Hamernik, P. Hamilton, J. Hancock, M. Handley, F. Happacher, B. Harris, D. A. Harris, L. Harris, A. L. Hart, J. Hartnell, T. Hartnett, J. Harton, T. Hasegawa, C. M. Hasnip, R. Hatcher, S. Hawkins, J. Hays, M. He, A. Heavey, K. M. Heeger, A. Heindel, J. Heise, P. Hellmuth, L. Henderson, K. Herner, V. Hewes, A. Higuera, A. Himmel, E. Hinkle, L. R. Hirsch, J. Ho, J. Hoefken Zink, J. Hoff, A. Holin, T. Holvey, C. Hong, S. Horiuchi, G. A. Horton-Smith, R. Hosokawa, T. Houdy, B. Howard, R. Howell, I. Hristova, M. S. Hronek, H. Hua, J. Huang, R. G. Huang, X. Huang, Z. Hulcher, A. Hussain, G. Iles, N. Ilic, A. M. Iliescu, R. Illingworth, G. Ingratta, A. Ioannisian, M. Ismerio Oliveira, C. M. Jackson, V. Jain, E. James, W. Jang, B. Jargowsky, D. Jena, I. Jentz, C. Jiang, J. Jiang, A. Jipa, J. H. Jo, F. R. Joaquim, W. Johnson, C. Jollet, R. Jones, N. Jovancevic, M. Judah, C. K. Jung, K. Y. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. C. Kaboth, I. Kadenko, O. Kalikulov, D. Kalra, M. Kandemir, S. Kar, G. Karagiorgi, G. Karaman, A. Karcher, Y. Karyotakis, S. P. Kasetti, L. Kashur, A. Kauther, N. Kazaryan, L. Ke, E. Kearns, P. T. Keener, K. J. Kelly, R. Keloth, E. Kemp, O. Kemularia, Y. Kermaidic, W. Ketchum, S. H. Kettell, N. Khan, A. Khvedelidze, D. Kim, J. Kim, M. J. Kim, S. Kim, B. King, M. King, M. Kirby, A. Kish, J. Klein, J. Kleykamp, A. Klustova, T. Kobilarcik, L. Koch, K. Koehler, L. W. Koerner, D. H. Koh, M. Kordosky, T. Kosc, V. A. Kostelecký, I. Kotler, W. Krah, R. Kralik, M. Kramer, F. Krennrich, T. Kroupova, S. Kubota, M. Kubu, V. A. Kudryavtsev, G. Kufatty, S. Kuhlmann, A. Kumar, J. Kumar, M. Kumar, P. Kumar, P. Kumar, S. Kumaran, J. Kunzmann, V. Kus, T. Kutter, J. Kvasnicka, T. Labree, M. Lachat, T. Lackey, I. Lalău, A. Lambert, B. J. Land, C. E. Lane, N. Lane, K. Lang, T. Langford, M. Langstaff, F. Lanni, J. Larkin, P. Lasorak, D. Last, A. Laundrie, G. Laurenti, E. Lavaut, H. Lay, I. Lazanu, R. LaZur, M. Lazzaroni, S. Leardini, J. Learned, T. LeCompte, G. Lehmann Miotto, R. Lehnert, M. Leitner, H. Lemoine, D. Leon Silverio, L. M. Lepin, J. -Y. Li, S. W. Li, Y. Li, R. Lima, C. S. Lin, D. Lindebaum, S. Linden, R. A. Lineros, A. Lister, B. R. Littlejohn, J. Liu, Y. Liu, S. Lockwitz, I. Lomidze, K. Long, J. Lopez, I. López de Rego, N. López-March, J. M. LoSecco, A. Lozano Sanchez, X. -G. Lu, K. B. Luk, X. Luo, E. Luppi, A. A. Machado, P. Machado, C. T. Macias, J. R. Macier, M. MacMahon, S. Magill, C. Magueur, K. Mahn, A. Maio, N. Majeed, A. Major, K. Majumdar, A. Malige, S. Mameli, M. Man, R. C. Mandujano, J. Maneira, S. Manly, K. Manolopoulos, M. Manrique Plata, S. Manthey Corchado, L. Manzanillas-Velez, E. Mao, M. Marchan, A. Marchionni, D. Marfatia, C. Mariani, J. Maricic, F. Marinho, A. D. Marino, T. Markiewicz, F. Das Chagas Marques, M. Marshak, C. M. Marshall, J. Marshall, L. Martina, J. Martín-Albo, D. A. Martinez Caicedo, M. Martinez-Casales, F. Martínez López, S. Martynenko, V. Mascagna, A. Mastbaum, M. Masud, F. Matichard, G. Matteucci, J. Matthews, C. Mauger, N. Mauri, K. Mavrokoridis, I. Mawby, F. Mayhew, T. McAskill, N. McConkey, B. McConnell, K. S. McFarland, C. McGivern, C. McGrew, A. McNab, C. McNulty, J. Mead, L. Meazza, V. C. N. Meddage, A. Medhi, M. Mehmood, B. Mehta, P. Mehta, F. Mei, P. Melas, L. Mellet, T. C. D. Melo, O. Mena, H. Mendez, D. P. Méndez, A. Menegolli, G. Meng, A. C. E. A. Mercuri, A. Meregaglia, M. D. Messier, S. Metallo, W. Metcalf, M. Mewes, H. Meyer, T. Miao, J. Micallef, A. Miccoli, G. Michna, R. Milincic, F. Miller, G. Miller, W. Miller, A. Minotti, L. Miralles Verge, C. Mironov, S. Miscetti, C. S. Mishra, P. Mishra, S. R. Mishra, D. Mladenov, I. Mocioiu, A. Mogan, R. Mohanta, T. A. Mohayai, N. Mokhov, J. Molina, L. Molina Bueno, E. Montagna, A. Montanari, C. Montanari, D. Montanari, D. Montanino, L. M. Montaño Zetina, M. Mooney, A. F. Moor, M. Moore, Z. Moore, D. Moreno, G. Moreno-Granados, O. Moreno-Palacios, L. Morescalchi, C. Morris, E. Motuk, C. A. Moura, G. Mouster, W. Mu, L. Mualem, J. Mueller, M. Muether, F. Muheim, A. Muir, Y. Mukhamejanov, A. Mukhamejanova, M. Mulhearn, D. Munford, L. J. Munteanu, H. Muramatsu, J. Muraz, M. Murphy, T. Murphy, A. Mytilinaki, J. Nachtman, Y. Nagai, S. Nagu, D. Naples, S. Narita, J. Nava, A. Navrer-Agasson, N. Nayak, M. Nebot-Guinot, A. Nehm, J. K. Nelson, O. Neogi, J. Nesbit, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, D. Newmark, R. Nichol, F. Nicolas-Arnaldos, A. Nielsen, A. Nikolica, J. Nikolov, E. Niner, X. Ning, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, P. Novella, A. Nowak, J. A. Nowak, M. Oberling, J. P. Ochoa-Ricoux, S. Oh, S. B. Oh, A. Olivier, T. Olson, Y. Onel, Y. Onishchuk, A. Oranday, M. Osbiston, J. A. Osorio Vélez, L. O'Sullivan, L. Otiniano Ormachea, L. Pagani, G. Palacio, O. Palamara, S. Palestini, J. M. Paley, M. Pallavicini, C. Palomares, S. Pan, M. Panareo, P. Panda, V. Pandey, W. Panduro Vazquez, E. Pantic, V. Paolone, A. Papadopoulou, R. Papaleo, D. Papoulias, S. Paramesvaran, J. Park, S. Parke, S. Parsa, S. Parveen, M. Parvu, D. Pasciuto, S. Pascoli, L. Pasqualini, J. Pasternak, G. Patel, J. L. Paton, C. Patrick, L. Patrizii, R. B. Patterson, T. Patzak, A. Paudel, J. Paul, L. Paulucci, Z. Pavlovic, G. Pawloski, D. Payne, A. Peake, V. Pec, E. Pedreschi, S. J. M. Peeters, W. Pellico, E. Pennacchio, A. Penzo, O. L. G. Peres, Y. F. Perez Gonzalez, L. Pérez-Molina, C. Pernas, J. Perry, D. Pershey, G. Pessina, G. Petrillo, C. Petta, R. Petti, M. Pfaff, V. Pia, G. M. Piacentino, L. Pickering, L. Pierini, F. Pietropaolo, V. L. Pimentel, G. Pinaroli, S. Pincha, J. Pinchault, K. Pitts, P. Plesniak, K. Pletcher, K. Plows, C. Pollack, T. Pollmann, F. Pompa, X. Pons, N. Poonthottathil, V. Popov, F. Poppi, J. Porter, L. G. Porto Paixão, M. Potekhin, M. Pozzato, R. Pradhan, T. Prakash, M. Prest, F. Psihas, D. Pugnere, D. Pullia, X. Qian, J. Queen, J. L. Raaf, M. Rabelhofer, V. Radeka, J. Rademacker, F. Raffaelli, A. Rafique, A. Rahe, S. Rajagopalan, M. Rajaoalisoa, I. Rakhno, L. Rakotondravohitra, M. A. Ralaikoto, L. Ralte, M. A. Ramirez Delgado, B. Ramson, S. S. Randriamanampisoa, A. Rappoldi, G. Raselli, T. Rath, P. Ratoff, R. Ray, H. Razafinime, R. F. Razakamiandra, E. M. Rea, J. S. Real, B. Rebel, R. Rechenmacher, J. Reichenbacher, S. D. Reitzner, E. Renner, S. Repetto, S. Rescia, F. Resnati, C. Reynolds, M. Ribas, S. Riboldi, C. Riccio, G. Riccobene, J. S. Ricol, M. Rigan, A. Rikalo, E. V. Rincón, A. Ritchie-Yates, D. Rivera, A. Robert, A. Roberts, E. Robles, M. Roda, D. Rodas Rodríguez, M. J. O. Rodrigues, J. Rodriguez Rondon, S. Rosauro-Alcaraz, P. Rosier, D. Ross, M. Rossella, M. Ross-Lonergan, T. Rotsy, N. Roy, P. Roy, P. Roy, C. Rubbia, D. Rudik, A. Ruggeri, G. Ruiz Ferreira, K. Rushiya, B. Russell, S. Sacerdoti, N. Saduyev, S. K. Sahoo, N. Sahu, S. Sakhiyev, P. Sala, G. Salmoria, S. Samanta, M. C. Sanchez, A. Sánchez-Castillo, P. Sanchez-Lucas, D. A. Sanders, S. Sanfilippo, D. Santoro, N. Saoulidou, P. Sapienza, I. Sarcevic, I. Sarra, G. Savage, V. Savinov, G. Scanavini, A. Scanu, A. Scaramelli, T. Schefke, H. Schellman, S. Schifano, P. Schlabach, D. Schmitz, A. W. Schneider, K. Scholberg, A. Schroeder, A. Schukraft, B. Schuld, S. Schwartz, A. Segade, E. Segreto, A. Selyunin, C. R. Senise, J. Sensenig, S. H. Seo, D. Seppela, M. H. Shaevitz, P. Shanahan, P. Sharma, R. Kumar, S. Sharma Poudel, K. Shaw, T. Shaw, K. Shchablo, J. Shen, C. Shepherd-Themistocleous, J. Shi, W. Shi, S. Shin, S. Shivakoti, A. Shmakov, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, M. Siden, J. Silber, L. Simard, J. Sinclair, G. Sinev, Jaydip Singh, J. Singh, L. Singh, P. Singh, V. Singh, S. Singh Chauhan, R. Sipos, C. Sironneau, G. Sirri, K. Siyeon, K. Skarpaas, J. Smedley, J. Smith, P. Smith, J. Smolik, M. Smy, M. Snape, E. L. Snider, P. Snopok, M. Soares Nunes, H. Sobel, M. Soderberg, H. Sogarwal, C. J. Solano Salinas, S. Söldner-Rembold, N. Solomey, V. Solovov, W. E. Sondheim, M. Sorbara, M. Sorel, J. Soto-Oton, A. Sousa, K. Soustruznik, D. Souza Correia, F. Spinella, J. Spitz, N. J. C. Spooner, D. Stalder, M. Stancari, L. Stanco, J. Steenis, R. Stein, H. M. Steiner, A. F. Steklain Lisbôa, J. Stewart, B. Stillwell, J. Stock, T. Stokes, T. Strauss, L. Strigari, A. Stuart, J. G. Suarez, J. Subash, A. Surdo, L. Suter, A. Sutton, K. Sutton, Y. Suvorov, R. Svoboda, S. K. Swain, C. Sweeney, B. Szczerbinska, A. M. Szelc, A. Sztuc, A. Taffara, N. Talukdar, J. Tamara, H. A. Tanaka, S. Tang, N. Taniuchi, A. M. Tapia Casanova, A. Tapper, S. Tariq, E. Tatar, R. Tayloe, A. M. Teklu, K. Tellez Giron Flores, J. Tena Vidal, P. Tennessen, M. Tenti, K. Terao, F. Terranova, G. Testera, T. Thakore, A. Thea, S. Thomas, A. Thompson, C. Thorpe, S. C. Timm, E. Tiras, V. Tishchenko, S. Tiwari, N. Todorović, L. Tomassetti, A. Tonazzo, D. Torbunov, D. Torres Muñoz, M. Torti, M. Tortola, Y. Torun, N. Tosi, D. Totani, M. Toups, C. Touramanis, V. Trabattoni, D. Tran, J. Trevor, E. Triller, S. Trilov, D. Trotta, J. Truchon, D. Truncali, W. H. Trzaska, Y. Tsai, Y. -T. Tsai, Z. Tsamalaidze, K. V. Tsang, N. Tsverava, S. Z. Tu, S. Tufanli, C. Tunnell, J. Turner, M. Tuzi, M. Tzanov, M. A. Uchida, J. Ureña González, J. Urheim, T. Usher, H. Utaegbulam, S. Uzunyan, M. R. Vagins, P. Vahle, G. A. Valdiviesso, E. Valencia, R. Valentim, Z. Vallari, E. Vallazza, J. W. F. Valle, R. Van Berg, D. V. Forero, A. Vannozzi, M. Van Nuland-Troost, F. Varanini, D. Vargas Oliva, N. Vaughan, K. Vaziri, A. Vázquez-Ramos, J. Vega, J. Vences, S. Ventura, A. Verdugo, M. Verzocchi, K. Vetter, M. Vicenzi, H. Vieira de Souza, C. Vignoli, C. Vilela, E. Villa, S. Viola, B. Viren, G. V. Stenico, R. Vizarreta, A. P. Vizcaya Hernandez, S. Vlachos, G. Vorobyev, Q. Vuong, A. V. Waldron, L. Walker, H. Wallace, M. Wallach, J. Walsh, T. Walton, L. Wan, B. Wang, H. Wang, J. Wang, M. H. L. S. Wang, X. Wang, Y. Wang, D. Warner, L. Warsame, M. O. Wascko, D. Waters, A. Watson, K. Wawrowska, A. Weber, C. M. Weber, M. Weber, H. Wei, A. Weinstein, S. Westerdale, M. Wetstein, K. Whalen, A. J. White, L. H. Whitehead, D. Whittington, F. Wieler, J. Wilhlemi, M. J. Wilking, A. Wilkinson, C. Wilkinson, F. Wilson, R. J. Wilson, P. Winter, J. Wolcott, J. Wolfs, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, E. Worcester, M. Worcester, K. Wresilo, M. Wright, M. Wrobel, S. Wu, W. Wu, Z. Wu, M. Wurm, J. Wyenberg, B. M. Wynne, Y. Xiao, I. Xiotidis, B. Yaeggy, N. Yahlali, E. Yandel, G. Yang, J. Yang, T. Yang, A. Yankelevich, L. Yates, U. Yevarouskaya, K. Yonehara, T. Young, B. Yu, H. Yu, J. Yu, W. Yuan, M. Zabloudil, R. Zaki, J. Zalesak, L. Zambelli, B. Zamorano, A. Zani, O. Zapata, L. Zazueta, G. P. Zeller, J. Zennamo, J. Zettlemoyer, K. Zeug, C. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, L. Zhao, M. Zhao, E. D. Zimmerman, S. Zucchelli, V. Zutshi, R. Zwaska
原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 ✨ これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
宇宙は、ニュートリノと呼ばれる幽霊のような粒子で満たされていると想像してみてください。これらの極小の旅人たちは、星や惑星、そしてあなたの体さえも通り抜け、挨拶もせず、痕跡も残さずに駆け抜けていきます。それらはあまりにも捉えどころがないため、ニュートリノを捕まえようとするのは、ハリケーンの最中にビーチから特定の砂粒を掴もうとするようなものです。科学者たちは、これらの幽霊を捕まえるために地下深くへと巨大な検出器を建設しました。なぜ宇宙が反物質によって消滅してしまうのではなく、物質で構成されているのかを理解しようとしているのです。しかし、そこには落とし穴があります。ニュートリノを理解するためには、まずそれが原子とどのように衝突するかを理解しなければなりません。それは、ビリヤードの球がどのように動くかを調べようとしているのに、台そのものが触れるたびに形を変えるジェリーで作られているようなものです。
長い間、科学者たちは霧の中に立ち往生していました。彼らは、ニュートリソが混沌としたエネルギーの混合状態で届いていることを知っています。それは、あらゆる曲を一度に放送しているラジオ局のようなものです。ニュートリノが原子に当たる頻度を測定すると、平均的な結果が得られますが、これは詳細をぼやけさせてしまいます。それは、複雑なシチューを味わおうとしているのに、すべての材料が混ざり合ったスプーン一杯分しか得られず、塩が強すぎるのか、あるいは胡椒が足りないのかが判別できないようなものです。これを解決するために、彼らは特定の「風味」のニュートリノ・エネルギーを分離する必要がありますが、自然界は彼らに整然とした単一エネルギーのビームを差し出してくれるわけではありません。ここで、新しい研究が登場します。この研究は、混沌とした混合物を、明確な単一の音色へと変える巧妙なトリックを提案しています。
これから読む論文は、「実現可能性調査(フィジビリティ・スタディ)」です。これは、「この突拍子もないアイデアが本当に機能するかどうか、超詳細なシミュレーションを行ってみよう」という、もっともらしい言い回しです。ディープ・アンダーグラウンド・ニュートリノ実験(DUNE)のチームは、DUNE-PRISMと呼ばれるコンセプトを検討しています。巨大で移動可能なカメラが、ニュートリノのビームの周囲を前後にスライドできると想像してみてください。カメラが異なる角度に移動するにつれて、ニュートリノ・ビームの「見え方」は変化します。ある角度では主に低エネルギーのニュートリノが見え、別の角度では高エネルギーのニュートリノが見えます。科学者たちは、これらすべての異なる角度からのデータを数学的に混合することで、「仮想的な」ビームを作成できることに気づきました。それは、群衆の写真を十個の異なる角度から撮り、コンピュータを使ってそれらを繋ぎ合わせることで、特定の人物だけを鮮明に写し出したクリスタルクリアな写真を作るようなものです。
この研究において、研究者たちは、DUNE-PRISMの設定を使用して、ニュートリノがアルゴン原子とどのように相互作用するかを測定した場合に何が起こるかをシミュレートしました。彼らはまだ機械を製作したり実験を行ったりしたわけではなく、コンピュータの中に完璧なデジタルツインを構築しました。彼らは、検出器が「ほぼ完璧」である、つまり一切の不具合なくすべての粒子を見ることができると仮定しました。これは、数学だけでその任務を遂行できるかどうかを確認するためです。結果は有望です。シミュレーションによれば、これらの仮想ビームを使用することで、「断面積」(衝突の確率を表す専門用語)をかつてないほど高い明瞭さで測定できることが示唆されています。彼らは、非常に特定のエネルギーを持つニュートリノを分離し、幅が100 MeV未満の狭い「仮想フラックス」を作成できることを見出しました。これにより、以前の幅広く乱雑なビームでは不可能だった、優しいタップと強い衝撃の違いのような、相互作用の詳細を見ることが可能になります。
しかし、論文はまだ「やったぞ!」と叫ぶようには注意を促しています。これはシミュレーションであるため、著者らは、手法が理論上は機能するものの、現実の世界はもっと厄介かもしれないと示唆しています。非常に細かい詳細(微分断面積)を精密に測定するためには、膨大なデータ、おそらく約10年間の実験運用が必要になる可能性があることを彼らは発見しました。また、相互作用の全体的な形状は非常に明確に捉えられる一方で、正確な衝突数(ノーマライゼーション)には、主にニュートリノ・ビーム自体の変動に起因する不確実性が依然として残っていることも指摘しています。しかし、最大のポイントは、この「仮想ビーム」のトリックが、ニュートリノを見るための新しい方法を切り開く可能性があるということです。それは、混沌としたデータの嵐を、鋭く読み取り可能な地図へと変えるものです。これは、「もし私たちがこの移動可能な検出器を作り、この数学を用いれば、ようやくニュートリノの囁きをはっきりと聞き取ることができるかもしれない」という概念実証なのです。
技術要約:単一エネルギー仮想νビーム断面積測定に向けて
問題提起
次世代の加速器ベースのニュートリノ振動実験(DUNEやHyper-Kamiokandなど)において、正確なニュートリノ・原子核相互作用の断面積測定は極めて重要である。現在のモデルによる記述には重大な欠陥があるが、測定値は広範なニュートリノフラックス(幅が数百MeVからGeVに及ぶ)に対して平均化されるため、実験的な制約は限定的であることが多い。この広範な平均化は、準弾性散乱(CCQE)や共鳴ピークといった断面積の微細な特徴を不明瞭にし、モデルの不正確さとフラックスの不確かさを区別することを困難にしている。さらに、既存の単一エネルギー・ニュートリノ測定は、非常に低いエネルギー(例:decay-at-rest光源)に制限されているか、あるいは精密なフラックス正規化を欠いている。電子散乱実験は精密なエネルギー制御によって原子核物理を探索できるが、ニュートリノ物理に不可欠な弱相互作用の軸ベクトル成分を制約することはできない。
手法
本研究では、DUNE-PRISM(Precision Reaction Independent Spectrum Measurement)の概念を用いて、単一エネルギービームを模倣する「仮想フラックス」を構築する実現可能性を調査する。手法は以下の通りである:
- シミュレーション設定: アルゴン標的における荷電電流ミューオン・ニュートリノ相互作用のシミュレーションを、NuWro 19.02.1イベントジェネレータを用いて行った。本研究では、手法の統計的およびフラックスに関連する系統的限界を分離するため、「ほぼ完璧な」検出器(スミアリング、効率損失、背景事象なし)を想定したシミュレーションを行った。
- 仮想フラックスの構築: DUNE近傍検出器は、58個の異なるオフアキシス位置(0から3.32度)に移動可能である。本研究では、これらの位置からのフラックスの線形結合を利用して、狭いカスタムフラックススペクトル(仮想フラックス)を合成する。
- ターゲットとなるフラックスは、0.5 GeVから1.75 GeVの間のエネルギーを中心とし、標準偏差70 MeVのガウス分布として定義された。
- 大きな正負の重みの相殺から生じる大きな統計的ゆらぎ(分散)を抑制するために、線形結合係数にティコノフ正則化(Tikhonov regularization)を適用した。これは、結果として得られる仮想フラックスをわずかに広げるという代償を伴う。
- 断面積の抽出:
- 積分断面積: 導出された係数に従って、異なるオフアキシス位置からのイベントレートに重みを付けることで計算した。仮想フラックスの裾の部分における非ガウス的な「バンプ」によるバイアス(これは有限のオフアキシス範囲によるアーティファクトである)を軽減するため、可視外粒子エネルギーの総和に対する緩いカット(4 GeV)を適用した。
- 微分断面積: 再構成されたエネルギー転移(ωreco=E~ν−Elepton)の関数として測定した。
- 不確かさ解析: 不確かさは「トイ(toy)」モンテカルロアンサンブルを用いて評価した。統計的不確かさはポアソンゆらぎから導出した。系統的不確かさには、13個のビームライン成分(例:ホーン電流、標的密度)およびハドロン生成断面積の変動(20個の主成分で表現)が含まれる。ビン間および異なる仮想フラックス測定間の相関関係も明示的に計算した。
主要な結果
- 積分断面積: 本研究は、DUNE-PRISMが、約2.5年間のランプランに基づき、合計不確かさ(統計的+系統的)が9.0%から11.6%の範囲にある積分包括断面積を測定できることを示している。分布の形状のみを考慮する場合(正規化の不確かさを除く)、結合不確かさは3.8%~7.2%に改善される。測定値は、特に高エネルギー側の裾のアーティファクトを除去するためのエネルギーカットを適用した場合、NuWroジェネレータが予測する真の断面積を密接に追跡している。
- 微分断面積: 3つの仮想フラックスに対する微分断面積(dσ/dωreco)のシミュレーション測定により、広帯域ビームでは典型的に平滑化されてしまうCCQEと共鳴(RES)ピークの分離といった、明確な構造を解像する能力が示された。約10年間のランプランを想定した場合、運動学的に許容される領域において、形状の不確かさ(正規化を除く)は9%未満に留まる。
- 相関: 解析の結果、主にフラックス正規化の不確かさに起因する、測定ビン間の強い相関が明らかになった。しかし、形状の不確かさは、全体のフラックス正規化とは比較的独立している。
意義と主張
本論文は、本研究を、DUNE-PRISMが狭い仮想フラックスを作成することでニュートリノ相互作用モデルを効果的に制約できることを示す最初の実現可能性調査として提示している。著者らは以下のことを主張している:
- モデル独立性: 従来の広帯域測定や「低ν(low-ν)」法とは異なり、この手法は、再構成に使用される相互作用モデルへの依存性を最小限に抑えつつ、ニュートリノエネルギーの関数として断面積を測定することを可能にする。主な依存性は、PRISM技術によってより良く制約されるフラックスモデルへと移行する。
- 新しい観測量へのアクセス: この手法により、電子散乱実験に特有の分解能を持つような、エネルギー転移などの運動学的変数の測定が可能になる。これは、DUNEの振動物理に関連する原子核効果を研究するためのユニークな機会を提供する。
- 実現可能性: 現在の研究は理想的な検出器条件を想定しており、数パーセントの統計的不確かさを伴う微分測定には大規模な露出(マルチイヤー・ラン)が必要であることを強調しているが、結果は、DUNE-PRISMの稼働後最初の数年以内に、10%未満の形状不確かさを伴う積分断面積測定が可能であることを示唆している。
著者らは、本研究は仮想フラックスの構築やランプランを最適化したものではなく、むしろ、係数、正則化、およびターゲットフラックス形状のさらなる最適化によって精度を大幅に向上させることが可能であるという、このような測定が可能であるという原理証明(proof of principle)を確立したものであることを強調している。
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