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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Search for Nucleon Decay to Test Grand Unified Theory

Research Project

Project/Area Number 18J21619
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

竹中 彰  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Keywords核子崩壊探索 / 大統一理論
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は大統一理論の証拠となる核子崩壊を発見、または、その崩壊寿命に世界最高の制限をつけることである。世界最大の二層式水チェレンコフ検出器であるスーパーカミオカンデ検出器の性能を最大限に用いるために、解析に使用する領域(有効質量領域)を先行研究よりも20%程度増大させ、核子崩壊p→e+π0、p→μ+π0の探索を行なった。
この有効質量拡張は、データ選別アルゴリズム改良によるデータ高品質化、事象再構成アルゴリズムの高精度化、検出器応答由来の系統誤差の詳細な見積もりにより完了しており、前回結果と比べて約1.5倍の統計量(観測時間25%向上を含む)を本研究では用いた。
探索の結果、p→e+π0については候補事象は観測されず、p→μ+π0については候補事象が一つ観測された。これらの結果は、期待される大気ニュートリノ由来の背景事象(p→e+π0: 0.59事象, p→μ+π0: 0.94事象)と無矛盾であり、核子崩壊を示す有意な信号の超過は見られなかった。そして、各崩壊モードについて、τ/B(p→e+π0)>1.6×10^{34}年、τ/B(p→μ+π0)>2.4×10^{34}年という世界で最も厳しい核子崩壊寿命下限値を信頼区間90%で設定した。
有効質量拡張を可能にした解析の改善、これらの核子崩壊探索の結果をスーパーカミオカンデコラボレーションの論文としてまとめ、Physical Review D誌より公表した。本研究の目的である「核子崩壊を発見できなかった場合でも、その崩壊事象に世界最高の制限を与える」ことを達成しており、研究は順調に進展した、と言える。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Search for proton decay via p→e+π0 and p→μ+π0 with an enlarged fiducial volume in Super-Kamiokande I-IV2020

    • Author(s)
      A. Takenaka et al.
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 102 Pages: 112011

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.112011

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Search for Proton Decay via p→e+π0 and p→μ+π0 in 450 kiloton*years Exposure of the Super-Kamiokande Detector2020

    • Author(s)
      Akira Takenaka
    • Organizer
      40th International Conference on High Energy Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スーパーカミオカンデ検出器の拡張有効質量を用いた陽子崩壊探索結果2020

    • Author(s)
      竹中 彰
    • Organizer
      2020年度日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] スーパーカミオカンデにおける陽子崩壊探索と大気ニュートリノ振動の最新結果2020

    • Author(s)
      竹中 彰
    • Organizer
      令和二年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表会
  • [Remarks] 竹中彰-東京大学博士論文

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/_pdf/articles/2021/thesis.Akira.Takenaka.20210118.submit.pdf

  • [Remarks] スーパーカミオカンデ公式ホームページ

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/index.html

URL: 

Published: 2021-12-27  

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