2016 Fiscal Year Research-status Report
マヨラナ・ニュートリノ探索実験用大型飛跡検出器の開発
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15K05112
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
石原 信弘 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (50044780)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川井 正徳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 技師 (50391735)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マヨラナ・ニュートリノ / シーソー機構 / レプトジェネシス理論 / 運動量測定器 / 飛跡検出器 / ドリフトチェンバー / 超伝導マグネット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノの質量が非常に軽い理由はシーソー機構理論で説明されている。その理論に基くレプトジェネシス理論によれば宇宙が物質によって満たされていて、反物質が無い理由が説明できる。これらの理論の根底にはニュートリノが物質と反物質の区別が無いマヨラナ・ニュートリノであるという仮定がある。この仮定が事実であるなら原子核が二重ベータ崩壊する際にニュートリノ放出を伴わない現象(ここでは0n2bと略記する)が起きるはずである。我々は0n2bを実験的に確認するために、崩壊で放出される2本のベータ線（電子線）の運動量を一様磁場中で測定する装置（Drift Chamber Beta-ray Analyzerと称しDCBAと略記される）を開発している。この崩壊の半減期は10の25-26乗年と理論的に予測されているので1000 mol（約6x10の26乗個)以上の崩壊原子核が必要である。
将来、DCBAと同じ測定原理であるが、大型且つ高精度化したMagnetic Tracking Chamber (MTDと略記)を製作したい。MTDは崩壊原子核の板を大型飛跡検出器に組み込み、それらを超伝導マグネットによる大容量一様磁場内に設置する装置である。小型飛跡検出器についてはDCBAで実績があるが、大型化・高精度化には飛跡検出器部(Tracking Chamber、TCと略記)にもマグネットにも多大の開発要素がある。本申請は大型TCの技術開発に限定している。主たる開発項目は(1)大型化による機械的・電気的特性の理解、(2)チェンバー内部構造の細密化によるデータ読み出しの開発、である。
これまでに、測定原理についてはDCBAで実証した。(1)については２７年度に製作した冶具と２８年度に製作したワイヤー張り装置を使用して試験を継続している。(2)についてはプリアンプを試作しDCBAの一部を使って試験中である。
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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
(1-1) 機械的特性：28年度はMTD実機に設置する最大の大きさのチェンバー枠2台とその間に挟み込む崩壊原子核ソースのダミー板を製作した。今年度はこれらを組み上げて全体の剛性を測定する。
(1-2) 電気的特性：アノードワイヤー、ピックアップワイヤー、カソードワイヤーそれぞれについて、代表的な位置に実際に使用するワイヤーを張り、重力や静電力の影響を測定する準備が出来ている。今年度は測定を行い結果をまとめる。
(2) プリアンプの開発：これまでに試作したプリアンプをDCBAチェンバーに取り付けて、宇宙線の飛跡を観測するべく準備している。飛跡が得られたら位置分解能の測定が可能となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
MTD実機は複数のモジュールから成る。１モジュールは28台のドリフトチェンバーと27枚の崩壊原子核薄板（ソース板と称す）を交互に組み合わせて、超伝導マグネットで発生させた一様磁場の中に設置するものである。本研究課題から大型ドリフトチェンバーの理解が深まり、改良点が見えてくると思われるので、それらを反映させて大量生産に適した製作方法を確立したい。
１モジュールには約30 kgのソース板が設置できる。Nd-150原子はQ値が高く0n2b崩壊確率が高いと理論的に予測されており、自然存在比は5.6%である。濃縮も可能であるところから、ソース板として最も有力である。将来50%に濃縮したNd-150が利用できれば10モジュールで1000 molの観測が可能となるので、マヨラナ・ニュートリノの質量が理論的に予測されているように50 meVであれば年間数イベントを得ることが出来る。
最近、もしニュートリノがディラック・ニュートリノであればニュートリノを伴わない四重ベータ崩壊(0n4b)が生じ、Nd-150の場合、その半減期は0n2b程度かそれよりも長いという理論が提唱されている。
MTDは0n2bと0n4bのどちらにも感度が有るので、将来モジュールの数を増やせば、ニュートリノがマヨラナ粒子なのかディラック粒子なのか、それとも、どちらの性質も併せ持つのかを探求することが可能である。
また、DCBA/MTDは複数のベータ線個々の運動エネルギーを測定するだけでなく、ベータ線間の角度を測定することも可能なので、現象の根源（例えば、右巻きカレントの寄与やR-パリティー非保存の影響）を探求する理論に検討材料を提供することが可能である。
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| Causes of Carryover |
年度末にNIM規格電源付クレート(380,000円）購入を予定していたが、３月に従来設備の修理費(235,000円)が発生したため、クレート購入を次年度へ回した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額に翌年度分(600,000円)の物品費から217,482円を足してクレート購入費380,000円を用意する。
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