| Project/Area Number |
20H00159
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
市川 温子 東北大学, 理学研究科, 教授 (50353371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木河 達也 京都大学, 理学研究科, 助教 (60823408)
中村 輝石 東北大学, 理学研究科, 助教 (80750463)
中島 康博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80792704)
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
小原 脩平 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70834711)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥44,590,000 (Direct Cost: ¥34,300,000、Indirect Cost: ¥10,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / キセノンガス検出器 / タイムプロジェクションチェンバー |
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| Outline of Research at the Start |
ニュートリノが「マヨラナ粒子」であるのかどうか、すなわち自身を反粒子とする性質を持つのかどうかは、現代の素粒子物理学および宇宙物理学において最重要の問題である。これを実験的に決定する最も有力な方法が「ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0νββ崩壊)の探索」である。本研究では、我々が独自に開発した信号読み出し法ELCCを用いて、高いエネルギー分解能と３次元飛跡再構成による強力な背景事象除去能力を持つ高圧キセノンガス検出器を製作する。容積は1,000Lでキセノンガスを40 kgまで充填できるものである。この検出器により世界記録感度を超える0νββ崩壊探索が可能なことを実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
電離電子を検出すElectroLuminescence collection cell (ELCC)について、モジュール間のギャップでの放電耐性を向上するため、電極にダイヤモンド状膜を蒸着し高抵抗としたもの、電極間PTFE構造体側面に溝を掘ったもの、ギャップに蓋をする構造を試み、蓋構造において高い放電耐性を得ることに成功した。また電離電子検出効率を高めるために開発した大口径（直径4.7mm）のSiPM光センサーを用いたELCC用アレイを製作した。
シンチレーション光の検出効率をコストを抑えつつ向上するために、波長変換板を開発した。キセノンシンチレーションの真空紫外光を青色に変換するテトラフェニルブタジエンとポリスチレンをトルエンに溶かした溶剤をアクリルの表面にスピンコーティングすることで、表面の鏡面を維持した波長変換板を製作することに成功した。この波長変換板の表面以外の面をESRの鏡面反射フィルムで覆い、SiPMセンサーで青色光を検出することで、安価で高効率のシンチレーション検出を実現する目途が立った。
検出器全体としては、ガンマ線源を用いたデータ取得を行い性能評価を行った。0νββ探索に重要なエネルギー分解能として半値全幅で0.6-0.7%という結果を得た。これは、同種の検出器としては世界最高性能である。またエネルギー分解能を決める要因を突き止め、さらなる改善が可能であることが明らかになった。飛跡イメージについても、実際のデータにもとづいたシミュレーションモデルを作ることができた。これらの結果をもとに、我々の開発した検出器システムによる0νββ崩壊探索感度を見積もった。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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