2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of scintillating bolometer for next generation neutrino-less double beta decay search
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26287045
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉田 斉 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60400230)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / ニュートリノ質量 / マヨラナニュートリノ / ボロメーター / シンチレーション検出器 / フッ化カルシウム結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノレス二重ベータ(以下、0νββ)崩壊の観測は、ニュートリノ質量の絶対値を測定する極めて有効な手法である。また、0νββ崩壊の発見は、ニュートリノのマヨラナ性の直接的な証明になり、ニュートリノの微小質量を自然に説明するシーソー機構を強く支持する。
本研究計画では、二重ベータ崩壊核の中で最もQ値が大きい、48Ca同位体を含む不活性フッ化カルシウムシンチレーション検出器を、10mK以下という極低温に冷却し、熱量検出器として利用することで、0νββ崩壊観測に大変重要な高エネルギー分解能検出器を開発する。熱量に加えてシンチレーション光を同時検出し、両者の信号強度を比較して、事象の粒子弁別を行う方法を確立する。その結果としてバックグラウンドを徹底的に排除し、バックグラウンドフリー観測の実現可能性を立証して、ニュートリノ質量の絶対値測定に対して数meV以下の領域を探索できる手法を開発する。
研究開発のスピードを上げるため、韓国標準科学院との共同研究を行い、新しい超電導センサー（MMC）とCaF2(Pure)結晶を組み合わせたシステムを採用し、優れたエネルギー分解能を目指し測定が行われた。不活性フッ化カルシウム結晶から発生した蛍光の一部が、蛍光波長が短いために熱量検出器に吸収・検出され、その確率的な揺らぎのため、エネルギー分解能が悪化していることを突きとめた。開発競争の激しい本分野において、発光波長特性によっては、同様のことが起こる場合が想定され、この研究で得られた知見が、広く検出器性能の理解に用いられることになると思われる。
研究期間内に目標としていた、不活性フッ化カルシウム結晶を用いた蛍光熱量検出器の実現に世界で初めて成功した。この成果は将来的な48Ca同位体を用いた高感度、大規模ニュートリノ欠損二重ベータ崩壊研究への重要な一歩であり、近く投稿論文として成果をまとめる。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Development of CANDLES low background HPGe detector and half-life measurement of 180Tam2018
Author(s)
W.M. Chan, T. Kishimoto, S. Umehara, K. Matsuoka, K. Suzuki, S. Yoshida, K. Nakajima, T. Iida, K. Fushimi, M. Nomachi, I. Ogawa, Y. Tamagawa, R. Hazama, Y. Takemoto, N. Nakatani, Y. Takihira, M. Tozawa, H. Kakubata, V.T.T. Trang, T. Ohata, K. Tetsuno, T. Maeda, B.T. Khai, X.L. Li and T. Batpurev
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Journal Title
AIP Conf. Proc.
Volume: 1921
Pages: 030004
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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