2020 Fiscal Year Annual Research Report
Search for the signals beyond the standard model with cosmic neutrinos
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
18H05538
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石原 安野 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (40568929)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永井 遼 千葉大学, 大学院理学研究院, 特任助教 (00801672)
伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 光検出器 / 大気ニュートリノモデル / 暗黒物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
IceCube-Gen2 Phase1配列に使用される新型光検出器モジュールD-Eggのデザインを完成させ、その本格製作を開始した。D-Egg Batch-1の長期低温試験で光学結合シリコンの千切れ現象を観測し性能的に問題はないことをGEANT4で確認した一方、輸送時での不定性を考えシリコンの材質の変更を行った。新型シリコンの性能確認を年度の前半に、年度後半から本格製造を行った。大型冷凍庫内での較正試験システムの準備を開始、光学ファイバを上下にD-Egg内のCCDカメラの較正用のパターンを内部に取り付けた暗箱のデザインを完成させた。物理解析としては、超対称性粒子stauの質量に対する制限を導くためのシミュレーションコードを開発すると共にIceCubeデータからグラショウ共鳴候補事象を観測し論文とし出版した。
大気ニュートリノフラックス計算プログラムの高度化と最適化作業の準備を完了し、加速器での固定標的実験による複数のハドロン生成データを統合してフィッティングを行い、ハドロン生成モデルの最適化と、系統誤差の見積もりを行なった。大気ニュートリノフラックス計算の専門家を招き"2nd Workshop for Atmospheric Neutrino Production in the MeV to PeV range"をオンライン会議として開催し、各フラックス計算の整合性について議論した。また、宇宙線ミューオン測定によるハドロン生成モデルの検証の可能性について、特にデータの乏しいGeV以下の低エネルギー領域に対して検討を行い、小型永久磁石を使った移動型小型ミューオンスペクトロメーターの開発を検討した。スーパーカミオカンデ実験での暗黒物質間接探索として、銀河中心方向からの暗黒物質対消滅ニュートリノの探索し、10GeV/c2以下の領域では最もよい対対消滅断面積への制限を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
宇宙線ハドロン相互作用とニュートリノフラックスの精密化においては、プログラムの高度化と最適化作業の準備を完了し、加速器での固定標的実験による複数のハドロン生成データを統合しハドロン生成モデルの最適化と、系統誤差の見積もりを行ない準備は整ったといえる。IceCube-Gen2 Phase1配列に使用される新型光検出器モジュールD-Eggのデザインをついに完成させ、その本格製作を開始した。光学結合シリコンの低温特性は想定外でありその対応から遅れが生じたが、その他の製造過程においては、コロナ禍でありつつも様々な対応策や準備を行っていたためほぼ計画通りに進めることができた。コロナの影響としては、製造以外の海外分担分のファームウェア製造計画などには遅れが出たが、製造と最終試験の日時をずらすことで対応した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型光検出器D-Eggの製作及びその較正を2021年度にかけて引き続き進める。その製作と並行して検出器の大規模較正を開始する。この大規模較正は一計測サイクルにつき約20日間かけ室温から-40°Cまで温度の上げ下げを繰り返すことで、信頼性の高い較正値の温度依存性データの取得を目指す。同時に、過度ストレス試験としての役割があり、検出器、特にその読出し基板、の南極点での急激な温度変化への耐性を確認し、壊れやすいものは早めにスクリーニングし、南極点深氷河において安定稼働するものだけを採用する。時間性能観測には、IceCube実験ソフトウェア・ファームウェアのアップグレードが必要であり、米国チームと協力して進める。
宇宙線ハドロン相互作用と大気ニュートリノ流量計算の高度化・精密化として今後は、最新宇宙線実験データの取入れたうえでの、MeV-GeV領域から、TeV-PeV領域への拡張を進め、異なるエネルギー領域における統一モデルの確立を目指していく。これまで得られた結果を論文にまとめ、学会での成果発表を行う。
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