2020 Fiscal Year Research-status Report
Search for Lorentz violation physics in electron antineutrino events from the sun
| Project/Area Number |
20K03998
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
伊藤 博士 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (60814720)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 佑樹 神戸大学, 理学研究科, 特命助教 (70781889)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | ニュートリノ / 太陽 / スーパーカミオカンデ / 水チェレンコフ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、スーパーカミオカンデ(以下、SK)の2008~2018年の観測データを用いて、太陽由来の反電子ニュートリノにおける背景事象を見積り、実際にローレンツ不変性を破る物理の探索を実施した。観測データから、選別して残った事象は背景事象と一致する結果が得られ、その結果を基に本研究であるSK-Gdにおける反電子ニュートリノの探索感度を見積もった。
反電子ニュートリノの探索感度を改善するために、本年度7~8月にかけてスーパーカミオカンデに硫酸ガドリニウムを13トン(Gd濃度0.01%に相当)導入し、SK-Gd実験を開始した。スーパーカミオカンデの純水層とGd水層の境界面が日毎に上昇するようにGdを導入した。同時に、Gd濃度を監視して硫酸ガドリニウムが次第に実装されている様子を確認できた。また、Gd水中で宇宙線ミューオンが生成する中性子が、Gdに捕獲され、その後最大8MeVのガンマ線を放出する事象の観測にも成功している。この事象発生点の分布の境界面も日毎に上昇している様子も観測できている。このことからも分かるとおり、スーパーカミオカンデにおいて、純水からGd水への置き換えに成功したことを視覚的にも示した。
太陽反電子ニュートリノ探索のための基礎研究において、Gd導入前(純水)のスーパーカミオカンデの観測データを使って、いくつかの結果が出始めている。太陽ニュートリノの観測、放射性ラドンを用いたSK水の理解、ラドン検出器の改良及び背景雑音の低減。また、Gd導入前と導入後のデータを比較して、物理測定に影響を与えないか調査を進めている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定では2020-2021を通してGdを導入する前のSKデータでSK-Gd背景事象の推定を進める計画だったが、2020年度に背景事象の推定評価を実施し、解析結果をまとめて論文を投稿した。さらに、太陽ニュートリノの観測において、SKとSK-Gdを比較したことで、Gdを入れたことによる物理測定への影響も確認している。SK-Gd解析アルゴリズムの開発は、SKのツールを基に試行錯誤を重ねている。シミュレーションは、Gd濃度0.01%を実装した擬似信号が実測を再現するように、線源を用いたデータを使って開発を進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
1. SK-Gdを開始したことで、特にスーパーカミオカンデの水の特性(散乱、吸収など)が変わった。そのため、特に水の透明度や微量に混入する放射性不純物の調査を継続して実施する必要がある。SK-Gdでも、これらの影響を考慮して、エネルギー再構成アルゴリズムを改めて構築する必要がある。線源テストを実施し、解析における補正パラメータなどの決定を順次行う。
2. 純水期間に使用したシミュレータを改良して、濃度0.01%のGdが添加された検出器のシミュレータを開発する。線源テストによって得られた信号分布を比較して、検出器応答が実験とよく再現するように構築する。これは、解析アルゴリズムと並行して進めて、反電子ニュートリノの信号および背景雑音事象の再現における不定性低減を目的にしている。
3. 反電子ニュートリノを検出するための技術である「中性子タグ」の検出効率を中性子線源を使用して測定する。これは定期的に実施し、測定期間において安定してGdが分布しているか、位置におけるばらつきはないかなどを監視することを目的にしている。さらに、次年度は、線源から放射される中性子の振る舞いを調査し、中性子タグ効率の不定性低減を目指す。線源テストで使用しているBGOシンチレータの中性子を入射した時の詳細な応答を明らかにすることで、これまでシミュレーションが実験と完全一致しなかった原因について迫る予定である。
4. 太陽内部磁場が太陽反電子ニュートリノの発生に影響を与えるため、宇宙線ミューオンを測定することで、間接的に太陽磁場活動の調査を進める。太陽磁場によって地球に降り注ぐ一次宇宙線の量が変わることから、地球で観測できる宇宙線ミューオンの頻度が変化する。スーパーカミオカンデの20年分の観測データから太陽の11年活動周期及び他の周期解析を進める。
|
| Causes of Carryover |
国際学会の参加を予定していたがコロナウイルスの影響でキャンセルしたため出張費を使用しきれなかった。次年度、この繰越額は論文の掲載料、及びオンライン国際学会への参加費にあてる。
|
Research Products
(4 results)
