2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of a new technique by a Cherenkov detector to search for neutrinoless double beta decays
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26610068
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松岡 広大 名古屋大学, 現象解析研究センター, 特任准教授 (70623403)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ニュートリノレス二重ベータ崩壊 / チェレンコフ検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノ振動によりニュートリノに質量があることは分かったが、その質量の絶対値や起源は未だ不明である。ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊（0ν2β崩壊）は、その崩壊率の測定からニュートリノの質量を決定できる重要な物理現象である。しかし、その崩壊率は非常に小さく、未だ0ν2β崩壊は見つかっていない。本研究は、チェレンコフ検出器を用いて0ν2β崩壊を探索する新しい手法を検証するものである。将来的には世界最高感度で0ν2β崩壊の探索が可能であることを示すことが目的である。
本手法では、二重ベータ崩壊ソースの膜を薄いチェレンコフ輻射体で挟み、互いに逆向きに放出される2本のベータ線によるチェレンコフ光を一定距離にある光検出器面でそれぞれ検出する。当初は、チェレンコフリングイメージを再構成し、チェレンコフ角からベータ線の速度、ひいては運動エネルギーを測定し、0ν2β崩壊事象を同定する予定であった。しかし、シミュレーションによる検討の結果、チェレンコフ輻射体によるベータ線の多重散乱により、1.5 MeVのベータ線に対して10%（FWHM）程度のエネルギー分解能、20%程度の検出効率しか得られないことがわかった。本手法は、ベータ線の測定としては画期的で研究を続けていく意義はあるが、0ν2β崩壊探索のためには見直す必要がある。
そこで、多重散乱が問題とならない飛行時間を測定することで運動エネルギーを再構成する手法を考案した。輻射体で放出されるチェレンコフ光から崩壊点の位置と時間を再構成すれば、光検出器面でのベータ線の到達位置と時間から飛行時間を測定できる。時間分解能のよいMCP-PMTを用いれば、飛行時間ひいては運動エネルギーを精度良く測定できる。シミュレーションにより、1.3 MeVのベータ線に対して約13%（FWHM）のエネルギー分解能、約44%の検出効率が得られると期待される。
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