2023 Fiscal Year Final Research Report

Study on Majorana nature of neutrinos by using 48Ca and development of next generation detector system

Planned Research

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Project Area	Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics
Project/Area Number	19H05804
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	Osaka University
Principal Investigator	Umehara Saori 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10379282)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	仁木秀明大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (00135758) 小川泉福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20294142) 時田茂樹京都大学, 化学研究所, 教授 (20456825) 宮永憲明公益財団法人レーザー技術総合研究所, 研究部, 特別研究員1 (80135756) 黒澤俊介東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任准教授 (80613637)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	二重ベータ崩壊 / 低バックグラウンド / 稀崩壊 / 同位体濃縮 / 蛍光熱量検出器 / 高純度結晶
Outline of Final Research Achievements	Explaining the mysteries of the current matter-dominated universe requires the baryon asymmetry. In the leptogenesis scenario, the baryon asymmetry problem is explained by the lepton number nonconservation. The study of neutrino-less double beta decay is an important research theme in fundamental physics to verify the Majorana nature of neutrinos corresponding to the lepton number nonconservation. In this project, we have measured double beta decay of 48Ca isotopes and developed techniques for the next generation detector system of the double beta decay in order to verify the Majorana nature of neutrinos. In order to dramatically improve the sensitivity of this next-generation measurement system, we developed a CaF2 scintillating bolometer and 48Ca enrichment technique.
Free Research Field	原子核素粒子実験
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	48Ca二重ベータ崩壊の測定を行い二重ベータ崩壊半減期の下限値を得た。その際のバックグラウンドレベルとして、世界の二重ベータ崩壊測定と同等もしくはそれ以上に少ない環境を実現した。48Caの二重ベータ崩壊測定を行ううえでは、バックグラウンドを増やすことなく信号量を増やすことができるため、濃縮は有効な技術である。濃縮生産装置のために、基本となる濃縮チェンバー構築と、高出力レーザーを実現する基本システムの構築ができた。また、高エネルギー分解能を実現するための検出器として、CaF2を蛍光熱量検出器と使用することに成功した。