| Project/Area Number |
19J20340
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
亀井 雄斗 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / 液体シンチレータ / 素粒子実験 / 低放射能技術 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙・素粒子の未解決問題を解き明かす鍵としてニュートリノの関わる希少事象が注目され、神岡地下で進行する低放射能環境を活用した実験的研究の重要性が高まっている。実験には液体シンチレータという有機溶媒が使用される。これを純化し、極低放射能環境を実現する新手法として有機合成分野において近年開発が進んでいるメタルスカベンジャー（金属捕捉剤）による吸着法が挙げられる。本研究ではこの吸着法の有効性を確かめ、ニュートリノの関わる希少事象探索を遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の研究成果からニュートリノの性質が解明されつつあるが、その質量の絶対値やマヨラナ性の有無といった性質は未解明のままである。ニュートリノのマヨラナ性に関しては、未発見な稀少事象であるニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0nbb)の探索が現実的な唯一の手法となっている。
本研究では、大型液体シンチレータ検出器 KamLANDを用いて、キセノン136の0nbb事象を探索するKamLAND-Zen 800 実験を進める。神岡地下の極低放射能環境下で行う本実験であるが、いまだに発見されない稀少事象の観測を実現するためには、さらなるバックグラウンドの理解・低減が重要となる。当該年度では、実験装置の低放射能化では原理的に除くことができない宇宙線ミューオン由来のバックグラウンドに注目し、そのバックグラウンド事象を解析により除去する手法の開発を進めた。宇宙線ミューオンは0.3 Hz程度でKamLAND内に入射し、液体シンチレータの主成分である炭素原子やキセノン原子の原子核を破砕して不安定核を生成することが分かっている。まず、炭素原子との核破砕反応により生成される半減期が最大 30秒程度と比較的短い不安定核種によるバックグラウンド事象の除去開発を行った。ミューオン、中性子捕獲事象と不安定核種の崩壊事象の 3点同時遅延計測と中性子捕獲事象が観測されなかった事象に対して核破砕に伴うシャワリング現象を利用した尤度関数による最尤法とを組み合わせて、99.3%の除去効率を達成した。一方、キセノン原子核との核破砕反応により生成される不安定核種は数日スケールの長寿命で、数百核種に及ぶ種類がある。キセノン原子核破砕では中性子数が多く放出されるということに着目し、中性子数や空間相関をパラメータとした最尤法にて40.1%の除去効率を確認した。KamLAND-Zen 800 実験は世界最高感度で遂行中である。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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