Reduction of Tl-208 decay backgrounds for neutrinoless double beta decay experiment using Zr-96

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K03664
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Miyagi University of Education
• Principal Investigator: Fukuda Yoshiyuki 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40272520)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / チェレンコフ光 / パルス波形分別 / 位相幾何学情報 / バックグラウンド除去

Outline of Final Research Achievements

A liquid scintillator containing Zr complex has been developed for ZICOS experiment which will search for neutrinoless double beta decay using Zr-96 isotope. The liquid scintillator has 10wt.% concentration of the complex, and an energy resolution was obtained by 2.2% at 3.35MeV assuming 60% photo coverage of the photomultiplier (PMT). In order to realize ZICOS experiment, we have to reduce 95% of backgrounds from Tl-208 decay. We have developed new reduction technique using the topology of location for PMT which receives Cherenkov lights. For this purpose, we have to discriminate PMT signal whether includes Cherenkov light or not among the scintillation. Using fast PMT and digitizer, we have succeeded to develop the pulse shape discrimination, and have proved that the topology of Cherenkov light emitted from even 1 MeV electron is really useful to reduce backgrounds from Tl-208 beta decay.

Free Research Field

素粒子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊は、宇宙誕生時に何故物質だけが残ったのか、ニュートリノの質量はいくらか、等の疑問を解く鍵を握っています。世界中でこの崩壊を探しているますが、まだ誰も観測していません。日本のカムランド－禅はキセノン136を使って研究をしていますが、仮にこの崩壊を見つける事ができたとしても、原子核の計算に不定性があるため、他の原子核でも崩壊を見つけなければいけません。そこでジルコニウム96を使ったZICOSを計画しています。現在、観測の邪魔になるタリウム208を、チェレンコフ光を用いて除去する方法を開発しており、本研究によりチェレンコフ光が除去に利用できる事がわかりました。