マヨラナニュートリノ質量検証のためのキセノン二重ベータ崩壊実験の高感度化

Research Project

Project/Area Number	22H00125
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	清水格東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10400227)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥40,820,000 (Direct Cost: ¥31,400,000、Indirect Cost: ¥9,420,000) Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Keywords	ニュートリノ / 素粒子実験 / 実験核物理
Outline of Research at the Start	キセノンを使った二重ベータ崩壊探索実験によって、マヨラナニュートリノ質量の大きさが検証できる可能性がある。本研究では大型液体シンチレータ検出器における探索感度向上のための新装置導入によって、ニュートリノ質量階層構造の解明を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	検出器の極低放射線環境と拡張性において非常に優れた性能を発揮し、世界の実験を大きくリードするKamLAND-Zen実験では、約750 kgの同位体濃縮Xeを液体シンチレータに溶かし込み、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊探索によってマヨラナ質量の高感度検証を行う。現行の検出器の性能では検出感度はバックグラウンド源となる宇宙線ミューオン起源の長寿命核と通常の二重ベータ崩壊によって制限されてしまう。本研究では、検出感度のさらなる改善のためシンチレーション光撮像装置を利用したガンマ線事象識別と多重中性子タグの改良によるバックグラウンド削減を実現する。本研究において新しい低バックグラウンド化技術が確立した場合、将来検出器の高性能化を計画するKamLAND2-Zenによって、有効質量（> 20 meV）までの検証による質量階層構造の解明が期待できる。本年度は、撮像用ミラーの開発と位置分解能の評価を行う。ミラーは乱反射の寄与を抑えるため、鏡面処理によって蒸着面をできるだけ平滑にする。さらに、蒸着後のミラー表面には耐油性のある保護コーティングを行い、液体シンチレータ中における光反射性能の長期安定性を保証する。位置分解能はLED点光源の測定によって確認し、問題があれば製作過程に修正を加える。以上のように研究を進めていたが、本研究を拡張した基盤研究（S）が採択されたため、この基盤研究（A）としての研究課題は終了となった。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。