2020 Fiscal Year Annual Research Report
Search for neutrino-less quadruple beta decay and electron capture with liquid xenon detector
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18K03669
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
市村 晃一 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (80600064)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 素粒子実験 / キセノン / 4重ベータ崩壊 / 4重電子捕獲 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、液体キセノンを用いたXMASS実験においてキセノン136とキセノン124を用いニュートリノを放出しない４重ベータ崩壊、４重電子捕獲事象の探索である。
平成30年度ではQ値79 keVの136キセノン４重ベータ崩壊事象探索を行い、既存の800日分の観測データと過去にXMASSで発表された論文で使用した検出器の放射性不純物由来のバックグラウンド(BG)シミュレーションデータを用い信号を探索した。結果、有意な信号は見つからなかったものの初の実験的制限を得ることができ、日本物理学会第74回年次大会で報告した。
令和元年度では４重ベータ崩壊に関する論文の執筆とキセノン124のQ値573 keVの４重電子捕獲事象探索に必要なBGシミュレーションデータの作成を行なった。東京大学情報基盤センターのスーパーコンピュータを活用し、XMASSでの全データ取得期間約1600日に対応するBGシミュレーションデータを作成した。その結果、4重電子捕獲事象が探索可能になっただけでなく、XMASSの全期間を用いた暗黒物質探索など本研究の範囲を超えた物理探索が進んでいる。
令和２年度（最終年度）では４重ベータ崩壊に関する論文投稿の準備を進めている時に、エネルギースケールの評価に用いているガンマ線と、４電子が同一原子核から発生する本研究の信号での検出器応答の違いの有無や、4電子が近接して発光することによる増光、減光作用の評価など解析に改善の余地を見出し、その点を論文に取り入れた方が良いと考え、追加の研究としてシミュレーションによる電子の飛跡の調査や発光効率の詳細な評価を行なった。本研究期間中に論文投稿には至らなかったが間も無く投稿する見込みである。４重電子捕獲事象についてもシミュレーションによるエネルギースペクトルの確認や信号のあるエネルギー領域でのBG事象の評価を行なっている。
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