초록 ▼

○ 연구개요
∎ KNO(T2HKK)에서의 중성미자 대칭성 깨짐 및 질량 순서 측정 등의 감도 연구
검출기 response를 단순화시킨 simulation 모델을 사용하여 KNO의 측정감도를 연구하였으며 KNO검출기와 일본 Hyper-Kamiokande(HK) 검출기의 다양한 scenario를 검토하고 각 scenario에 대해 CP대칭성 깨짐, 중성미자 질량 순서 등의 측정감도를 비교하였다. 그 결과 대부분의 경우, KNO 검출기 + 1개의 HK 검출기의 조합이 가장 좋은 측정감도를 가진다는 사실을 증명함으로서 KNO 검

○ 연구개요
∎ KNO(T2HKK)에서의 중성미자 대칭성 깨짐 및 질량 순서 측정 등의 감도 연구
검출기 response를 단순화시킨 simulation 모델을 사용하여 KNO의 측정감도를 연구하였으며 KNO검출기와 일본 Hyper-Kamiokande(HK) 검출기의 다양한 scenario를 검토하고 각 scenario에 대해 CP대칭성 깨짐, 중성미자 질량 순서 등의 측정감도를 비교하였다. 그 결과 대부분의 경우, KNO 검출기 + 1개의 HK 검출기의 조합이 가장 좋은 측정감도를 가진다는 사실을 증명함으로서 KNO 검출기 프로젝트의 추진의 필요성을 부각시켰다.

∎ Sterile 중성미자 탐색 연구 (JSNS² 및 RENO 실험)
원래 연구계획과 달리 JSNS² 실험이 2년 가까이 지연되어 2020년 봄에 실험을 시작할 계획이다. 본 연구에서는 그에 따라 연구계획을 변경하여 JSNS² 검출기 설치 및 테스트를 수행하였으며 실험준비에 주도적으로 참여하였다.
구체적으로는 액체섬광체 제작 및 Frontend Electronics, DAQ, Trigger에 대한 연구를 진행하였으며 실험을 대비하여 PMT 설치, Pre-calibration 및 LED Dry Run을 진행하였고 LED 데이터를 분석하여 각 PMT의 gain 및 timing을 측정하여 검출기 최적화에 기여하였다. RENO 실험의 2200일 데이터를 분석하여 연구를 진행하여 sterile 중성미자의 탐색영역을 확장하였다.

○ 연구 목표대비 연구결과
∎ KNO(T2HKK)에서의 중성미자 대칭성 깨짐 및 질량 순서 측정 등의 감도 연구
수학적 simulation 모델을 사용하여 KNO검출기와 일본 Hyper-Kamiokande 검출기에 대한 다양한 scenario에 대해
CP대칭성 깨짐, 중성미자 질량 순서, 중성미자 진동상수 등의 측정감도를 비교 연구하였다. 본 연구결과는 KNO 검출기
와 1개의 HK 검출기의 조합이 가장 좋은 측정감도를 가진다는 사실을 보여주었고 KNO 실험시설 구축을 통하여 세계를
선도하는 연구의 수행 가능성을 제시하였다. 한편 GEANT4 기반의 보다 사실적인 검출기 simulation을 사용하여 KNO
검출기에서 중성미자 에너지의 재구성 연구를 수행하였는데, 이 연구는 후속연구를 통해 계속 진행할 계획이다.

∎ Sterile 중성미자 탐색 연구 (JSNS² 및 RENO 실험)
sterile 중성미자 탐색실험인 JSNS² 실험이 원래 계획보다 2년 가까이 지연되어 2020년 봄에 시작될 예정이다. 그에 따라 당초의 연구목표인 sterile 중성미자 탐색을 달성하는데 어려움이 있어 연구계획을 연구일정에 맞추어 변경하였다.
본 연구에서는 대신에 검출기의 제작 및 테스트 등의 연구에 집중하였는데 구체적으로는 액체섬광체 제작, frontend electronics, DAQ, trigger, PMT 테스트 및 calibration, LED dry run 데이터 분석 등 모든 측면에서 본 연구진이 주도적인 공헌을 하였다. 현재 검출기의 기술적인 부분에 대한 SCI논문 수 편이 준비 중이며 올해 안으로 제출 출판될 것으로 기대되고 있다. RENO실험연구에서는 2200일에 해당하는 실험데이터를 분석하여 sterile 중성미자를 탐색하는 연구를 수행하였다. 연구결과는 여러 차례 국내외 학술대회에서 발표되었고 SCI논문이 거의 작성되어 곧 중요한 SCI 저널에 제출할 계획이다. RENO실험의 sterile중성미자 탐색결과는 기존의 다른 실험의 결과와 잘 일치하였고 작은 질량영역에서 탐색영역을 보다 확대하였다.

○ 연구개발결과의 중요성
∎KNO (T2HKK)에서의 중성미자 대칭성 깨짐 및 질량 순서 측정 등의 감도 연구
KNO는 차세대 Water Cherenkov 중성미자 검출기로 한국의 중성미자 물리학연구를 세계적인 수준으로 도약시킬 것으로 기대되고 있다. 본 연구를 통하여 CP 대칭성 깨짐 등의 중요한 측정에서 KNO 검출기는 일본의 HK검출기와 비슷하거나 더 뛰어난 결과를 얻을 수 있음을 보여주었다. 또한 J-PARC 연구소의 동일한 중성미자 빔을 사용하는 KNO검출기와 HK검출기의 데이터를 결합한다면 경쟁실험인 미국의 DUNE실험보다 훨씬 우수한 연구결과를 얻을 것으로 예측하였다.
본 연구결과는 KNO검출기 프로젝트 추진의 필요성을 명확히 보여주었으며 향후 KNO 추진의 원동력을 제공하게 될 것이다. KNO 검출기 프로젝트가 계획대로 진행된다면, 중성미자 물리 분야에서 CP 대칭성 깨짐을 최초로 측정할 수 있을 것이며 우주의 CP 비대칭성을 이해하는 데 커다란 공헌을 하게 될 것이다.

∎ Sterile 중성미자 탐색 연구 (JSNS²실험 및 RENO 실험)
sterile 중성미자는 여러 이론적 모델에서 존재할 것으로 예측되어진 미지의 입자이며 그 물리적 성질에 대해서는 거의 알려지지 않은 상태이다. JSNS² 실험은 과거의 실험들보다 훨씬 향상된 검출기와 중성미자 원(source)을 사용함으로서 기존 실험결과, 특히 LSND실험의 결과를 결정적으로 검증할 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 JSNS² 검출기제작 및 설치, 테스트 연구를 수행하였으며 특히 액체섬광체 제작 및 frontend electronics 구축에 주도적인 역할을 하였고 PMT pre-calibration 및 LED run 데이터 분석을 또한 수행하였다. JSNS² 실험에서의 sterile 중성미자 탐색은 후속연구를 통해 계속 진행할 계획이며 향후 수 년 이내에 sterile 중성미자의 존재여부에 대한 답을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. RENO실험의 2200일 데이터를 분석하였는데 본 연구결과는 Daya Bay실험의 결과와 consistent함을 보여주었으며 다른 탐색결과와 결합하여 sterile 중성미자 탐색영역을 보다 확대하는 데 기여하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 가. 최종 목표 ... 5
• 나. 연구 범위 ... 5
• 다. 연구의 필요성 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 21