多角的アプローチによるキセノン二重ベータ崩壊の探索

• 研究課題/領域番号: 16H06004
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平出 克樹 東京大学, 宇宙線研究所, 特任助教 (10584261)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 22,230千円 (直接経費: 17,100千円、間接経費: 5,130千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2016年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
• キーワード: 素粒子実験 / ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / 二重電子捕獲 / キセノン

研究成果の概要

本研究では、ニュートリノのマヨラナ性の神髄に迫るべく、多角的なアプローチによるキセノン二重ベータ崩壊の探索を行ってきた。まずは、素粒子標準理論において予言されているがまだ実験的に観測されていない124Xeのニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索を行った。岐阜県飛騨市の神岡鉱山の地下1000mに設置した大型液体キセノン検出器XMASS-Iを用いて取得した800日の観測データを用いて探索を行ったが有意な信号は観測されず、この反応の半減期に対して2.1E22 年以上という世界で最も厳しい制限を与えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では124Xeのニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索を行ったが、残念ながら有意な信号を捉えることはできなかった。その結果、この反応の半減期に対して世界でもっとも厳しい制限を与えることになったが、この結果は原子核反応を計算するための様々な理論モデルを改善するための新しいインプットになった。これは、今後ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の半減期の予言精度を向上させることにつながると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Improved search for two-neutrino double electron capture on 124Xe and 126Xe using particle identification in XMASS-I (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Abe et al. (XMASS Collaboration)
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2018 号: 5
  • DOI: 10.1093/ptep/pty053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for two-neutrino double electron capture 124Xe with the XMASS-I detector (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Abe et al (XMASS collaboration)
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 759 ページ: 64-68
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.05.039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A measurement of the time profile of scintillation induced by low energy gamma-rays in liquid xenon with the XMASS-I detector (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takiya et al (XMASS collaboration)
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 834 ページ: 192-196
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.08.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Search for double electron capture on 124Xe with the XMASS-I detector (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 718 ページ: 062024-062024
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062024
  • オープンアクセス
• [学会発表] Neutrino physics with the XMASS liquid xenon detector (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Latest results from the XMASS experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: 6th Symposium on Neutrinos and Dark Matter in Nuclear Physics (NDM2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Latest results from XMASS (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: International Workshop on "Double Beta Decay and Underground Science" (DBD18)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XMASS実験: 124Xe二重電子捕獲の高感度探索2 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平出克樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Recent results from XMASS (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: The 26th International Workshop on Weak Interactions and Neutrinos (WIN2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sensitive search for double electron capture on 124Xe in XMASS (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XMASS実験: 粒子識別を用いた124Xe二重電子捕獲の高感度探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平出克樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Search for double electron capture in XMASS (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: International Workshop on "Double Beta Decay and Underground Science" (DBD16)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XMASS: a large single-phase liquid-xenon detector (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraide
  • 学会等名: 14th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors (IPRD16)
  • 発表場所: Siena, Italy
  • 年月日: 2016-10-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XMASS実験: 低エネルギー電子事象に対する液体キセノンシンチレーション発光時間プロファイルの測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平出克樹、瀧谷寛樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学木花キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] XMASS実験: 124Xe二重電子捕獲の高感度探索 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平出克樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学木花キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
• [備考] 【論文紹介】二重電子捕獲の探索
  • URL: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/xmass/news/article/20190307.html