2022 Fiscal Year Final Research Report

Exploring the new era of particle physics through the observation of natural neutrinos and the proton decay search

Planned Research

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Project Area	Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
Project/Area Number	18H05536
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	Hayato Yoshinari 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (60321535)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	久世正弘東京工業大学, 理学院, 教授 (00225153) 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) 鈴木州神戸大学, 理学研究科, 助教 (20243298) ウェンデルロジャー京都大学, 理学研究科, 准教授 (20647656) 石塚正基東京理科大学, 理工学部物理学科, 教授 (40533196) 西村康宏慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40648119)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords	ニュートリノ / 陽子崩壊 / 宇宙素粒子実験 / 大統一理論 / ニュートリノ振動 / 光センサー / データ収集システム
Outline of Final Research Achievements	Super-Kamiokande has been collecting data since 1996. We have improved the analysis methods of Super-Kamiokande atmospheric neutrino and proton decay searches. With improvements, normal neutrino mass hierarchy and violation of particle-anti-particle symmetry (CP) are found to be favored. We searched for various decay modes of proton and neutron. Still, we could not find any statistically significant signature of decays, set 50% to more than ten times longer lifetime lower bound. These results are still statistically limited, and Hyper-Kamiokande, whose statistical power is much higher, will give us definite answers. We also succeeded in developing devices to further improve the physics capabilities of Hyper-Kamiokande.
Free Research Field	宇宙線・素粒子実験
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	1998年のニュートリノ振動及び有限質量の発見以降も、ニュートリノの重さの順番(質量階層性）やニュートリノと反ニュートリノの振動に違いの有無（CP対称性が保存されているか）など未だ明らかになっていない謎は多い。これらの謎の解明は宇宙に反物質が非常に少ない理由を明らかにすると期待されている。スーパーカミオカンデを用いた本研究の成果はまだ統計的に有意ではないが、将来のハイパーカミオカンデにおいてこの謎の解明が可能であろうことがわかった。陽子（核子）崩壊探索はクォークとレプトンの関係性を説明する大統一理論の直接的検証である。今回発見されなかったが、その事実が大統一理論のモデル化に大きく寄与している。