ニュートリノのマヨラナ性の発見を目指すカムランド禅の新たな挑戦

• 研究課題/領域番号: 17H01120
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 白井 淳平 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 学術研究員 (90171032)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 31,720千円 (直接経費: 24,400千円、間接経費: 7,320千円); 2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円)
• キーワード: ニュートリノ / ２重ベータ崩壊 / カムランド禅 / 液体シンチレータ / キセノン

研究成果の概要

ニュートリノがマヨラナ粒子（粒子と反粒子が同一）かどうかを検証する唯一の手段である「ニュートリノが出ない２重ベータ崩壊（０νββ崩壊）」の発見を目指すカムランド禅実験において、本研究では、探索に用いる136Xe濃縮キセノン（７５０kg）を溶かした液体シンチレータを保持する新型ミニバルーンの製作を行ない、高品質データの採取による０νββ崩壊の探索を開始した。新型バルーンは十分なクリーン度が確認され、安定したデータ採取が継続中である。さらに背景事象の除去のため新たな解析手法を導入し、検出器の性能向上のための工夫を行った結果、探索感度の大幅な向上に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ニュートリノは電荷がなくそれ自体が反粒子の可能性（マヨラナ性）があり、事実ならニュートリノの質量が他の素粒子に比べ何桁も小さいことや、現在の宇宙が物質ばかりであることの謎が説明できる可能性がある。実験的には原子核の０νββ崩壊を見つけることが鍵のため世界的に実験が進行中である。カムランド禅はキセノンを使った世界最高感度の実験で、本研究はその中核であるバルーンを新たに導入し、高品位のデータ採取による感度の向上に成功した。０νββ崩壊が見つかれば世紀の大発見であり、我々を含め現在の宇宙がなぜ存在するのかの深淵な問いに科学の道筋をつけることができる。本研究はこれに迫る研究である。

研究成果

• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学/バークレイ国立研究所/ワシントン大学(米国)
• [国際共同研究] NIKHEF(オランダ)
• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学/バークレイ国立研究所/ワシントン大学(米国)
• [国際共同研究] NIKHEF(オランダ)
• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学/ワシントン大学/バークレイ国立研究所(米国)
• [国際共同研究] NIKHEF(オランダ)
• [国際共同研究] バークレイ国立研究所/マサチューセッツ工科大学/ワシントン大学(米国)
• [国際共同研究] NIKHEF(オランダ)
• [雑誌論文] Search for Low-energy Electron Antineutrinos in KamLAND Associated with Gravitational Wave Events (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe S.、Asami S. et al., KamLAND Collaboration
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 909 号: 2 ページ: 116-116
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd5bc
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] KamLAND-Zen experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Shirai
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: 332 ページ: 050-050
  • DOI: 10.22323/1.332.0050
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Double Beta Decay (2018)
  • 著者名/発表者名: Junpei Shirai
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics: Conference Series 巻: 46 ページ: 1860002-1860002
  • DOI: 10.1142/s2010194518600029
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Results and future plans for the KamLAND-Zen experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Shirai Junpei、KamLAND-Zen Collaboration
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference series 巻: 888 ページ: 012031-012031
  • DOI: 10.1088/1742-6596/888/1/012031
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] KamLAND-Zen (2017)
  • 著者名/発表者名: Junpei Shirai
  • 雑誌名: Proceedings of Science(NEUTEL2017)027 巻: 307 ページ: 027-027
  • DOI: 10.22323/1.307.0027
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] KamLAND (2017)
  • 著者名/発表者名: Junpei Shirai
  • 雑誌名: Proceedings of Science(NEUTEL2017)003 巻: 307 ページ: 003-003
  • DOI: 10.22323/1.307.0003
  • オープンアクセス
• [学会発表] Neutrinoless Double Beta Decay Experiment : Recent Status and KamLAND-Zen (2019)
  • 著者名/発表者名: 白井淳平
  • 学会等名: 15th Rencontres du Vietnam, Behind and Beyond the Standard Model at the LHC, Future Colliders and Elsewhere.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KamLAND-Zen Experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Junpei Shirai
  • 学会等名: XIV International Conference on Heavy Quarks and Leptons (HQL2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Double Beta Decay (2017)
  • 著者名/発表者名: Junpei Shirai
  • 学会等名: The 21st Particles and Nuclei International Conference (PANIC2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 現代物理学 展開シリーズ１「ニュートリノ物理学」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 白井淳平、末包文彦 （共著）
  • 総ページ数: 196
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254137811
• [備考]
  • URL: https://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/
• [備考] KAMLAND
  • URL: https://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/
• [備考] KamLAND
  • URL: https://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/
• [備考] KamLAND
  • URL: http://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/