次世代ニュートリノレス二重ベータ崩壊探索実験のための熱量蛍光検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 26287045
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 吉田 斉 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60400230)
• 連携研究者: 小川 泉 福井大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20294142) ; 岸本 忠史 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (90134808) ; 身内 賢太朗 神戸大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80362440) ; 梅原 さおり 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10379282) ; 飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905) ; 中島 恭平 福井大学, 大学院工学研究科, 講師 (30722540)
• 研究協力者: Kim Yong-Ham 韓国IBS研究所, 教授 ; 鉄野 高之助 大阪大学, 大学院理学研究科, 大学院生 ; 李 暁龍 大阪大学, 大学院理学研究科, 大学院生
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2014年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 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 / 蛍光熱量検出器 / 低バックグラウンド計測 / ボロメータ― / フッ化カルシウム

研究成果の概要

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開発した。
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る。

研究成果

• [国際共同研究] 韓国標準科学院/Institute for Basic Science (IBS研究所）(韓国)
• [雑誌論文] Performance of updated shielding system in CANDLES (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, （途中省略）, S.Umehara, W.Wang, S.Yoshida and N.Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1921 ページ: 060003-060003
  • DOI: 10.1063/1.5018999
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of CANDLES low background HPGe detector and half-life measurement of 180Tam (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1921 ページ: 030004-030004
  • DOI: 10.1063/1.5018991
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Background studies of high energy γ rays from ( n,γ ) reactions in the CANDLES experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Nakajima, T.Iida, （途中省略）, S. Yoshida, N. Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 100 ページ: 54-60
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.02.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search For Neutrino-less Double Beta Decay Of 48Ca- Candles - (2017)
  • 著者名/発表者名: Saori Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, Y. Takemoto, K. Matsuoka, V.T.T. Trang, S. Yoshida 他40名
  • 雑誌名: The Proceedings of The 26th International Nuclear Physics Conference(INPC2016) 巻: PoS INPC2016 ページ: 246-246
  • DOI: 10.22323/1.281.0246
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CANDLES experiment for the study of Ca-48 double beta decay (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida et al.
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 未定 ページ: 2633-2635
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: T Iida, K Nakajima, S Ajimura, T Batpurev, W M Chan, K Fushimi, R Hazama, H Kakubata, B T Khai, T Kishimoto, X Li, T Maeda, A Masuda, K Matsuoka, K Morishita, N Nakatani, M Nomachi, S Noshiro, I Ogawa, T Ohata, H Osumi, K Suzuki, Y Tamagawa, K Tesuno, V T T Trang, T Uehara, S Umehara and S Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 718 ページ: 062026-062026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for Neutrino-less Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara他
  • 雑誌名: Physics Procedia,61(2015) 283-288. 巻: 61 ページ: 238-288
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2014.12.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New DAQ System for the CANDLES Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ichimura, T. Iida, Y.Inukai,H.Kakubata,T.Kishimoto, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Science, IEEE Transactions 巻: 62(3) 号: 3 ページ: 1122-1127
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The CANDLES Trigger System for the Study of Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Maeda et al.
  • 雑誌名: IEEE Trans. Nucl. Sci. 巻: 62 号: 3 ページ: 1128-1134
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, T. Iida, T.Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V.T.T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Nakatani, and K. Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1672 ページ: 110004-110004
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for neutrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Umehara,T.Kishimoto,M.Nomachi,S.Ajimura,N.Nakatani,K.Matsuoka,K.Ichimura,M.Saka,T.Ishikawa,D.Tanaka,M.Tanaka,S.Yoshida,K.Suzuki,G.Ito,H.Kakubata,W.Wang,J.Takemoto,W.M.Chan,M.Doihara,Y.Tamagawa,I.Ogawa,T.Ueno,S.Maeda,A.Yamamoto,S.Tomita,G.Fujita,A.Kawamura,T.Harada,K.Fushimi,R.Hazama,H.Ohsumi,K.Okada
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 66 ページ: 08008-08008
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146608008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] CANDLES による二重ベータ崩壊の研究(127) 二重ベータ崩壊のため のシンチレーティングボロメーターの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之助
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(118) 次世代CANDLES検出器Scintillating Bolometerの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 李暁龍
  • 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
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] シンチレーティングボロメーター開発現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之助
  • 学会等名: SMART2017：Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies
  • 招待講演
• [学会発表] ニュートリノレス二重ベータ崩壊探索実験の現状と展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田斉
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 新学術領域・地下素粒子原子核研究の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田斉
  • 学会等名: X 線天体と元素合成を中心とする宇宙核物理研究
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光熱量計実験開発（CaF2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田斉
  • 学会等名: 2017 年宇宙線研究者会議将来計画タウンミーティン
• [学会発表] ニュートリノレス二重ベータ崩壊探索実験の将来 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田斉
  • 学会等名: 「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ニュートリノレス二重ベータ崩壊探索と暗黒物質探索のための熱量蛍光 検出器の開発(poster) (2017)
  • 著者名/発表者名: 李暁龍
  • 学会等名: 「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」研究会
• [学会発表] Development of Light Detector in CANDLES Scintillating Bolometer(Poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiaolong Li
  • 学会等名: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science (DBD16)
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Development of bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search(Poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Konosuke Tetsuno
  • 学会等名: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science (DBD16)
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(113) 二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之助
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (Poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Konosuke Tetsuno
  • 学会等名: XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics(Neutrino2016)
  • 発表場所: London, England
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search(Poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kounosuke Tetsuno
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(108) 二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Development of CANDLES detector to search for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2016)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: Vienna Conference on Instrumentation (VCI2016)
  • 発表場所: ウィーン, オーストリア
  • 年月日: 2016-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for neutrinoless double beta decay search (2015)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 新学術領域「地下素核研究」領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2015-05-15
• [学会発表] Stady of Double beta decay of Ca48 (2014)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: International workshop on double beta decay and underground science
  • 発表場所: Hawaii, the United States
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-07
  • 招待講演
• [備考] CANDLES Webpage
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~candles/index.html
• [備考] CANDLES Web Page
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/̃candles/index.html
• [備考] CANDLES Web Page
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~candles/index.html
• [備考] CANDLES
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~candles/index.html