Development of large focussing system for particle identification

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03983
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: Mitsui Tadao 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (20283864)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: imaging / particle identification

Outline of Final Research Achievements

With 30-liter liquid scintillator and 2 "imaging detectors", which consist of focussing mirrors, and multi-anode photomultiplier tubes, we took "stereo images" of scintillator events and reconstructed them event by event 3-dimensionally. We introduced a "particle identification parameter", which reflects spatial distribution of scintillation light in an event. With it, we succeeded in distinguishing beta and gamma events and demonstrated the possibility to employ this method in "KamLAND-Zen" experiment, in which neutrinoless double-beta decay is searched for with high sensitivity.

Free Research Field

Particle physics

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

シンチレータの撮像による粒子識別を行なってきた中で、今回初めて「事象ごとに」「３次元的に」という２つの大きな条件を達成することができた。このため、事象の情報の喪失は激減し、それによって事象ごとの粒子識別、すなわち事象の位置をデータ以外から知ることができない、本番の探索実験と同じ状況での粒子識別に成功した。これは、説得力のある原理検証であると考えられる。粒子識別は、高感度で稀現象を探索するとき要となる技術で、シンチレータの撮像という新しい方法で、その可能性が示されたことの意義は大きいと考えられる。