Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В течение 2019 года в эксперименте Т2К был проведен сеанс с пучком мюонных нейтрино. Мощность протонного 30-ГэВного пучка в сеансе составила 490 кВт, интенсивность пучка в одном банче ускорителя каждые 2.4 с составила 2.5 х 10^14 протонов. Всего за сеанс 2019 года была набран интегральный поток протонов на мишени около 2.5 x 10^20 РОТ. Эффективность работы детекторов, ближнего ND280 и дальнего Супер-Камиоканде, в ходе набора статистики составила более 98%. Был выполнен осцилляционный анализ данных, накопленных с пучками мюонных нейтрино и антинейтрино c 2009 по 2018 год. Анализ данных базировался на интегральном потоке протонов на мишени 1.49 х 10^21 РОТ для нейтринной моды и 1.64 х 10^21 РОТ для антинейтринной моды. Основным направлением являлось измерение осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино и мюонных антинейтрино в электронные антинейтрино для получения величины СР-нечетной асимметрии. Всего было зарегистрировано 75 электронных нейтрино с одним кольцом и 15 событий с рождением электрона и одного пиона от взаимодействия электронного нейтрино. Было зарегистрировано 15 событий, соответствующих появлению электронных антинейтрино в пучке мюонных антинейтрино. Было получено, что наиболее вероятными значениями СР нечетной фазы являются \delta = (–1.89 +0.70 –0.68) рад для нормальной иерархии масс и \delta = ( –1.38 +0.48 –0.54) рад для инверсной иерархии масс. Таким образом, для обеих иерархий масс величина \delta близка к максимальному СР нарушению. Впервые сохранение СР симметрии (\delta = 0 или \delta = \pi) исключено на уровне 3\sigma (99.73%) в случае инверсной иерархии масс. В случае нормальной иерархии масс исключение \delta = 0 или \delta = \pi достигнуто на несколько меньшем уровне доверительной вероятности около 99.0 %. Полученный результат подтверждает первоначальное указание Т2К на максимальное СР нарушение в лептонном секторе Стандартной Модели. В эксперименте Т2К был выполнен поиск осцилляций мюонных антинейтрино в электронные антинейтрино, появления электронных антинейтрино в пучке мюонных антинейтрино. В измерениях с пучком мюонных антинейтрино для интегрального потока протонов на мишени 1.63 х 10^21 POT в детекторе Супер-Камиоканде было зарегистрировано 15 электронных антинейтрино при ожидаемом фоне 9.3 события. На основе анализа, включающего в себя также данные с пучком мюонных нейтрино для оценки вклада физического фона, т.е. примеси от осцилляций мюонных нейтрино, которые присутствуют в пучке антинейтрино, была получена информация о появлении электронных антинейтрино в пучке мюонных антинейтрино. При анализе также учитывалось кинематическое распределение зарегистрированных событий и значений осцилляционных параметров, полученные в предыдущих измерениях в Т2К, а также в реакторных экспериментах и экспериментах с солнечными нейтрино. Основные источники фона: осцилляции мюонных нейтрино в электронные – 3 события; примесь электронных нейтрино и антинейтрино в чистом пучке мюонного антинейтрино – 4.2 события; вклад в фон от взаимодействия через нейтральный ток с рождение нейтральных пионов составил 2.1 события. Эффект появления, т.е. перехода anti-nu_mu --> anti-nu_e, составил 2.4\sigma. Был проведен анализ данных, накопленных при измерениях прототипа 3D-детектора на пучке заряженных частиц в ЦЕРНе в 2018 году. Прототип состоял из 9216 кубиков и использовал 1728 спектросмещающих волокон с микропиксельными лавинными фотодиодами МРРС. Получены следующие параметры детектора. Световыход для релятивистского мюона (MIP) составил 40-50 фотоэлектронов для сигнала с одного спектросмещающего волокна. Было получено временн’ое разрешение около 900 пс для одного волокна и около 600 пс для суммарного сигнала с трех волокон. Оптический cross-talk между кубиками составил около 3%. Был получен низкий порог регистрации протонов около 200 МэВ/с и хорошая идентификация фотонов и электронов за счет использования магнитного поля и определения величины сигнала в кубиках в начале трека. В течение 2019 года была полностью разработана и отлажена процедура массового изготовления методом литья под давлением сцинтилляционных кубиков размером 10 х 10 х 10 мм^3 с тремя отверстиями для спектросмещающих волокон. Точность размеров кубиков после покрытия химическим отражателем составляет 30-40 микрон. Точность позиционирования отверстий, каждое диаметром 1.5 мм, относительно сторон кубика составляет 50-60 микрон. В рамках проекта было собрано 25 плоскостей детектора из 900000 кубиков, что составляет около 45% общего объема 3D детектора. Также был создан полномасштабный прототип 3D детектора размером 192 х 15 х 56 см^3, который состоит из 160000 кубиков. Были выполнены механические испытания, исследован возможный прогиб под действием различных нагрузок, изучены эффекты деформаций, влияющие на параметры спектросмещающих волокон, протестирован механизм сборки детектора и проведены прецизионные измерения полученных параметров. В соответствии с международным экспертным заключением была рекомендована окончательная конфигурация детектора и вариант процедуры сборки и отладки, предложенные и разработанные в ИЯИ. Это детектор будет использоваться в качестве основного центрального ближнего нейтринного детектора для эксперимента Т2К и для будущего проекта Т2НК, в котором дальним детектором будет Гипер-Камиоканде. Интернет адреса эксперимента Т2К: https://t2k.org/ https://t2k-experiment.org/

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В течение 2020 года в эксперименте Т2К был проведен сеанс с пучком мюонных нейтрино. Стабильная средняя мощность протонного 30-ГэВного пучка в сеансе составила 515 кВт, интенсивность пучка в одном банче ускорителя каждые 2.4 с составила более 2.6 х 10^14 протонов. Число протонов в сгустке является в настоящее время рекордным. Всего в сеансе 2020 г. был набран интегральный поток протонов на мишени около 4 x 10^20 РОТ. Таким образом, интегральный поток протонов на мишени в нейтринной моде был увеличен на 33%. В период с 2009 г. по 2020 г. было зарегистрировано 94 электронных нейтрино с одним кольцом и 14 событий с рождением электрона и одного пиона от взаимодействия электронного нейтрино. Было зарегистрировано 16 событий, соответствующих появлению электронных антинейтрино в пучке мюонных антинейтрино. Измерение спектра нейтрино и антинейтрино в ближнем детекторе позволило существенно снизить систематические погрешности в измерении числа событий в СуперКамиоканде с 13-19% до 4.9-6% в зависимости от регистрируемого лептона и нейтринной моды. Был получен новый результат по поиску СР нарушения в нейтринных осцилляциях. Было исключено 35% возможных величин СР нечетной фазы из полного диапазона от 0 до 2\pi на уровне 3\sigma. Было получено, что наиболее вероятными значениями СР нечетной фазы являются –\pi/2, т.е. максимальное СР нарушение как для нормальной иерархии масс, так и для инверсной иерархии масс. Сохранение СР симметрии (\delta = 0 или \delta = \pi) исключено на уровне 3\sigma (99.73%) в случае инверсной иерархии масс. В случае нормальной иерархии масс исключение \delta = 0 или \delta = \pi достигнуто на несколько меньшем уровне доверительной вероятности около 90.0%. Надо отметить, что добавление статистики в нейтринной моде в 2020 году в эксперименте Т2К привело к тому, что в результате анализа значимость исключения СР сохранения в нейтринных осцилляциях была несколько уменьшена. Впервые был выполнен анализ данных, полученных при одновременном измерении двойных дифференциальных сечений через заряженные токи без пиона в конечном состоянии на кислороде и углероде, а также их отношение, с использованием ближнего нейтринного детектора ND280. Это важно для повышения точности осцилляционного анализа, а также для повышения чувствительности Т2К к СР нарушению, поскольку ближний детектор в основном имеет в качестве активной мишени пластик (углерод) с небольшой массой воды во втором детекторе FGD, а дальний детектор в качестве активной среды использует воду (кислород). Из полученных в анализе результатов следует, что в пределах достигнутой статистической точности и полученных систематических погрешностей сечения мюонных нейтрино на углероде и кислороде близки и хорошо описываются используемыми моделями. Этот результат позволяет повысить надежность измерений по поиску СР нарушения и открывает возможность для измерения сечений мюонных антинейтрино в ближнем детекторе ND280 при увеличении интегрального потока протонов на мишени. В течение 2020 года проводилось массовое изготовление сцинтилляционных элементов (кубиков размером 10х10х10 мм с тремя ортогональными отверстиями для спектросмещающих волокон) для 3D сегментированного сцинтилляционного детектора нейтрино, который будет установлен в магните ближнего нейтринного детектора ND280. К концу 2020 года были изготовлены в полном объеме с параметрами, удовлетворяющими требованиям к геометрии детектора, все 2х10^6 активных элементов 3D детектора. Также были собраны 54 плоскости с использованием лесок для центровки элементов детектора. Были измерены параметры низкошумящих лавинных фотодиодов MPPC S13360-1325PE – основного фотоприемника для 3D сегментированного детектора. Эти фотоприемники позволят обеспечить линейность сигналов в широком динамическом диапазоне, имея большое число пикселей (2268) и низкий порог регистрации сигналов со сцинтилляционных кубиков из-за низкого уровня шума и cross-talk. Получены результаты по измерению эффективности регистрации фотонов (PDE), определены шумовые характеристики, перекрестные наводки (cross-talk), послеимпульсы (afterpulses) и температурные характеристики этих фотодиодов. Используя данные, накопленные при тестировании прототипа 3D сегментированного сцинтилляционного детектора на пучке в ЦЕРН, был получен порог регистрации протонов около 200 МэВ/с, что соответствует кинетической энергии около 20 МэВ. Полученный низкий порог протона исключительно важен для восстановления полной кинематики событий в точке взаимодействия нейтрино в детекторе. Была исследована возможность идентификации мюонов и протонов по удельным потерям на ионизацию dE/dx. Было получено разрешение dE/dx для одного сцинтилляционого кубика около 25%, что позволяет рассчитывать на успешную идентификацию протонов от нейтринных взаимодействий с коротким пробегом в 3D детекторе. Также были продемонстрированы хорошие возможности по идентификации фотонов и электронов за счет использования dE/dx в начале трека, где ионизационные потери от рожденной фотоном пары электрон-позитрон примерно в 2 раза превышают потери от электрона. В 2020 году при поддержке гранта было опубликовано 3 статьи. Все в журналах из Q1. 1.K. Abe, N. Akhlaq, R. Akutsu,.... M.Khabibullin, A.Khotjansev, Y.Kudenko, O.Mineev, S.Suvorov et al. First combined measurement of the muon neutrino and antineutrinocathed-current cross section without pions in the final state at T2K, Physical Review D101 (2020) no.11, 112001. 2.K. Abe, N. Akhlaq, R. Akutsu,.... M.Khabibullin, A.Khotjansev, Y.Kudenko, O.Mineev, S.Suvorov et al. Simultaneous measurement of the muon neutrino charged-current cross section on oxygen and carbon without pions in the final state at T2K, Physical Review D101 (2020) no.11, 112004 3. S.Fedotov. New 3D fine-grained scintillation detector for the T2K experiment, Journal of Instrumentation 15 (2020) no.07, C07042.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021 году были выполнены следующие работы и получены научные результаты. В эксперименте Т2К был продолжен набор статистики с пучком мюонныхнейтрино с полной мощностью 30-ГэВного протонного пучка выше 500 кВт.Сеанс проводился в феврале-марте 2021 года. Работа выполнялась удаленнов связи с невозможностью командировки в Японию из-за COVID-19. Была набран интегральный поток протонов на мишени около 1.8 РОТ с мюонными нейтрино. Это позволило увеличить статистику событий электронных и мюонных нейтрино в дальнем детекторе СуперКамиоканде примерно на 15%. Эффективность работы детекторов, ближнего ND280 и дальнего СуперКамиоканде, в ходе набора статистики составила 95-98%. Полный интегральный поток протонов на мишени в эксперименте Т2К составил 3.82х10^21 POT. Был выполнен предварительный анализ данных, включая набранную в 2021 г. статистику, по поиску СР нарушения из сравнения вероятностей осцилляций мюонных нейтрино и антинейтрино, а также с привлечением новых данных по углу смешивания \theta_13 из реакторных экспериментов. СР сохранение в нейтринных осцилляциях исключено на уровне 2\sigma. Наиболее вероятным значением СР нечетной фазы является -\pi/2, что указывает на максимальное СР нарушение. Данные эксперимента Т2К с вероятностью 85-90% отдают предпочтение нормальной иерархии масс. Измерены осцилляционные параметры \Delta m^2_32 и sin^22\theta_23 раздельно для измерений с пучками нейтрино и антинейтрино, а также в результате совместного фита данных нейтрино и антинейтрино. Осцилляционные параметры нейтрино и антинейтрино согласуются между собой в пределах одного стандартного отклонения. Статистически значимых расхождений, указывающих на проявление какие-либо отклонения от PMNS модели осцилляций трех типов нейтрино не наблюдается. В 2021 г. были получены новые данные по сечениям взаимодействия мюонных нейтрино и антинейтрино с ядрами кислорода и углерода в области энергий около 1 ГэВ и эти результаты были использованы для уменьшения систематических погрешностей в осцилляционном анализе и для измерения СР нечетной фазы \delta. Впервые были выполнены измерения кинематического дисбаланса одиночных положительных пионов при взаимодействии мюонных нейтрино с мишенью СН. Полученные результаты сравнивались с предсказаниями различных моделей: модель Ферми газа, рассеяние нейтрино на двух нуклонах (2p2h); с рождением одного пиона (1\pi) и нескольких пионов (m\pi), события глубоко неупругого рассеяния, а также взаимодействие нуклонов и адронов в конечном состоянии и поглощение пионов в ядре. Было показано, что чувствительным методом селекции моделей является измерение кинематического дисбаланса одиночных пионов, рожденных в нейтринных взаимодействиях через заряженный ток. Для более тщательного анализа, который позволит уменьшить систематические погрешности осцилляционного, анализа необходимо измерение кинематики нейтринных взаимодействий с детектированием протонов с низким порогом около 300 МэВ/с и одновременном восстановлением импульсов мюонов и протонов, что будет выполняться в новом детекторе СуперFGD, который создается в рамках этого проекта. В 2021 году была завершена сборка всех 56 плоскостей с использованием лесок. Детектор состоит из 2-х миллионов кубиков объемом 1 куб.см, каждый с тремя ортогональным отверстиями для регистрациисцинтилляционного сигнала с помощью спектросмещающих волокон. Технология изготовления сцинтилляционных кубиков была разработана в результате совместной работы с ООО Унипласт (Владимир) в рамках плана работ по этому гранту. Изготовление полного количества сцинтилляционных кубиков для 3D сегментированного сцинтилляционного детектора было закончено в начале 2021 г. Завершена разработка и изготовлена механика (универсальная платформа) для сборки детектора. Начат тестовый монтаж на сегментах детектора спектросмещающих волокон с оптическими разъемами, протестирована и настроена система калибровки более 60000 каналов спектросмещающих волокон и лавинных фотодиодов 3D сцинтилляционного детектора. С помощью бета источника Sr-90 была измерена неоднородность световыхода для одного волокна, которая составила около 20%. Этот эффект существенно уменьшается примерно до 5-7% при суммировании сигналов с трех волокон. Поправка на зависимость световыхода от положения трека будет в дальнейшем введена в Монте Карло моделирование и учтена в анализе данных, особенно при измерении кинематических параметров протонов. В 2021 г. был выполнен анализ данных, набранных в измерениях двух прототипов 3D сегментированного детектора на пучке нейтронов с энергиями в широком диапазоне от нескольких десятков МэВ до нескольких сотен МэВ. Данные были набраны в 2019 и 2020 гг. в Лос-Аламосе с участием в удаленных сменах участников гранта. Получены первые предварительные результаты анализа нейтронных сечений. Выполнена теоретическая оценка чувствительности 3D сегментированного детектора к частицам и процессам, относящимся к новой физике за рамками Стандартной модели. В частности, были исследованы возможности этого детектора к регистрации миллизаряженных частиц (MCP), существование которых предсказывается в ряде расширений Стандартной Модели. Было получено, что для интегрального потока 30 ГэВных протонов на мишени 2.7х10^22 РОТ 3D сегментированный детектор, установленный в магнит ND280, чувствителен к заряду MCP ~ 5х10^{-4}e для масс таких частиц около 100 МэВ.