Experimental and Theoretical Approaches to the Double Beta Decay of Gd-160

• Project/Area Number: 23K25892
• Project/Area Number (Other): 23H01196 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2026: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2025: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / ガドリニウム１６０ / GAGGシンチレータ / 核行列要素

Outline of Research at the Start

本研究では、高純度なCe添加Gd3Ga3Al2O12結晶を用いて、内部に含まれる160Gd原子核が起こす二重ベータ崩壊の研究を行う。ウクライナでCe添加Gd2SiO5結晶を用いて行われた先行研究よりも感度を一桁高め、ニュートリノを放出する二重ベータ崩壊（2nbb）の発見を目指す。160Gdの2nbbは未発見であり、その半減期を測定することは二重ベータ崩壊確率の計算における理論的不定性の低減につながる。その結果、ニュートリノのマヨラナ有効質量の計算精度が向上し、素粒子物理学の理解が進むと期待される。