2020 Fiscal Year Research-status Report
カムランド禅800による高感度マヨラナニュートリノ探索のための研究開発
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19K14726
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
丸藤 亜寿紗 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 特任助教(研究) (20704399)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / キセノン / 液体シンチレータ / 原子核破砕 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノを伴わない二重ベータ(0νββ)崩壊は、観測されればニュートリノの性質(マヨラナ性、質量、質量の階層構造)を明らかにできることから注目されており、世界中で様々な手法、崩壊核を用いて活発に実験が行われている。
本研究は、カムランド禅実験による、より高感度な0νββ崩壊の探索を目的としている。2019年1月に実験を開始したカムランド禅800は、約 750kg のキセノン (崩壊核136Xe、90%濃縮) を溶かした液体シンチレータを半径 1.9m のナイロン製バルーンに入れ、二重ベータ崩壊を観測している。
カムランド禅800の背景事象の一つとして、宇宙線ミューオンの原子核破砕事象(特に10C)がある。カムランド禅800の前身実験であるカムランド禅400(2011-2015年稼働)では、これをミューオン・中性子・10Cの三重遅延同時計測によって除去していたが、本研究では、さらに高感度化を目指すため、新しい手法として、残存電荷が大きいミューオンを用いて、ミューオンが通った軌跡上で原子核破砕が起こった位置を特定し、その位置と10Cの位置との相関から除去する方法を取り入れた。また、原子核破砕事象の尤度関数を導入し、より最適な事象の選択を行っている。前年度から引き続き研究を進め、10Cの除去率は99％以上に達した。
8B太陽ニュートリノも、カムランド禅800では考慮しなければならない。この事象は全体積に分布し、遅延同時計測等の解析的手法では取り除けないものであるため、より正確な事象数の見積もりが必要となる。原子核破砕事象の効率的な除去方法の確立により、いままで測定できていなかった0νββ崩壊のQ直付近でまで閾値を下げた解析が進んでいる。
位置・エネルギー較正装置の開発は、サイドのグローブボックスの設置が済んだところである。
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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
カムランド禅実験の背景事象の一つに、宇宙線ミューオンの原子核破砕事象がある。液体シンチレータの主成分である12Cは、宇宙線ミューオンによって破砕され、様々な寿命の放射性崩壊核と大量の中性子を生成する。二重ベータ崩壊観測に最も寄与するのは10Cであり、寿命27.8秒があるため、単純にミューオン後をvetoしてしまうと大幅なデッドタイムとなってしまう。2011-2015年に観測を行っていたカムランド禅400では、10Cは宇宙線 ミューオン・中性子・10Cの三重遅延同時計測によって除去されていた。カムランド禅800では、さらに高感度化を目指すため、新しい手法として、残存電荷が大 きいミューオンを用いて、ミューオンが通った軌跡上で原子核破砕が起こった位置を特定し、その位置と10Cの位置との相関から除去する方法を取り入れた。また、原子核破砕事象の尤度関数を導入し、除去率は99%以上に達した。カムランド禅400にもこの手法が適用できるので、これを取り入れて再解析を進めている。
カムランド禅400では他のバックグラウンド事象に比べて十分小さく評価の対象とされていなかった8B太陽ニュートリノも、カムランド禅800では考慮しなければならない。原子核破砕事象の効率的な除去方法の確立により、いままで測定できていなかった0νββ崩壊のQ直付近でまで閾値を下げた測定が進んでいる。
位置・エネルギー較正装置の開発は、サイドのグローブボックスの設置が済んだところである。 内視鏡カメラをつかって、カムランド内部(インナーバルーンの外側)の映像を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、背景事象に関する解析を進め、 8B太陽ニュートリノについては論文としてまとめる。ハードウェアでは、位置・エネルギー較正装置を導入し、エネルギー再構成における位置依存性の不定性を減少させ、 また、エネルギースケールの高精度化を行う。これらを全てまとめて、カムランド禅800の結果を発表する。
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| Causes of Carryover |
キャリブレーション装置開発の一部は検出器のある神岡で行う必要があるが、コロナウイルスの影響により予定されていた出張がキャンセルされたため。またこれにより、使用額の小さい解析や論文執筆に注力したため。
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