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2013 年度 実績報告書

超新星爆発によるニュートリノ信号と重力波信号の相関の研究

計画研究

研究領域重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
研究課題/領域番号 24103004
研究機関東京大学

研究代表者

ヴァギンズ マーク  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (90509902)

研究分担者 小汐 由介  岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (80292960)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワード重力波 / 超新星爆発 / ニュートリノ / ガドリニウム
研究実績の概要

The EGADS (Evaluating Gadolinium's Action on Detector Systems) laboratory is located one km underground in the Mozumi mine in northern Gifu-ken, close to the Super-Kamiokande neutrino detector. Originally designed as an R&D test bed for studying the effects of dissolving gadolinium (Gd) salts in a water Cherenkov detector (Gd makes neutrons visible, which has many potential physics benefits), the purpose of this Kakenhi is to convert EGADS into the world's most advanced supernova neutrino detector.
The past year was one of rebuilding and recovery for EGADS. This was the result of an unfortunate mixup during construction in 2013. All components installed inside the detector must be made of high-grade stainless steel or other non-reactive materials. We were assured by our vendors this would be the case, but one minor component they sold us, a several meter long length of structural support wire, turned out to be made of low-grade, non-stainless iron. After installation it rapidly corroded in the liquid environment inside the detector. About half of the past year was therefore spent carefully cleaning the rust out the detector, repassivating the exposed stainless surfaces, and reassembling the detector using the originally specified materials.
The recovery has been a complete success, and for the past six months the refurbished EGADS detector has once again been full of water (and gadolinium), and has been operating better than ever before. The detector has been carefully calibrated and data taking now takes place 24 hours a day without interruption.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

I feel that (2) is the most representative answer for where the project stands - we are making excellent, steady progress toward our supernova detection goals. This is perhaps surprising, given the six months lost in the past year to the cleanup and recovery of EGADS following the discovery of the bad structural wire.
However, following this repair we have emerged with a detector that not only works better than before, but even better than could have been reasonably expected.
EGADS's all-important selective water filtration system, which keeps the water in the detector clean but does not remove the dissolved gadolinium, was upgraded during the battle against the rust. Now, thanks to this improved system, we have for the first time anywhere achieved - *with* dissolved gadolinium - salted water transparency equivalent to the ultrapure water in Super-Kamiokande. This is a major breakthrough, and will allow the highest possible efficiency for detection of supernova neutrinos. Indeed, EGADS now stands for Employing Gadolinium to Autonomously Detect Supernovas.
No one expected that Gd-loaded water (there are 400 kg of gadolinium sulfate dissolved in the 200-ton EGADS tank) would ever be as transparent at Super-K's ultrapure water, but that is what we are now seeing. This has powerful implications for this new Gd-loading technology, since extremely clear water is key to the success of all large water Cherenkov detectors.

今後の研究の推進方策

Now that the detector itself is repaired and operating at peak efficiency, it is time to make sure the DAQ and data pipeline are equally capable.
This will involve a complete upgrade of the front-end electronics. To accomplish this upgrade - which will provide the deadtime-less and zero-energy-threshold functionality needed to literally collect every possible bit of information during a once-in-a-lifetime galactic supernova explosion - new readout boards for all 240 photomultiplier tubes in EGADS have been produced. These new, custom electronics modules (known as QBEE's) will be installed sometime later this year, at which point we will unquestionably have the most advanced supernova neutrino detector in the world.
We will then install a specialized realtime computer to receive and analyze every byte of data (include all PMT dark noise and radioactively induced backgrounds) as it is collected. It will filter the data in real time, and will be capable of immediately identifying a supernova signal as genuine thanks to the dissolved gadolinium, which acts like an amplifier for these signals.
The ultimate goal of this upgraded EGADS detector is to have the capability to alert the other members of this multimessenger Kakenhi that a supernova explosion is taking place in our galaxy within one second of the first neutrino's arrival in EGADS. Therefore, in addition to keeping EGADS in good working order with the highest possible uptime fraction, continued co-ordination with the other Kakenhi members is essential, and will be vigorously pursued.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 3件、 招待講演 14件)

  • [雑誌論文] Supernova Relic Neutrino search with neutron tagging at Super-Kamiokande-IV2015

    • 著者名/発表者名
      H. Zhang et al.
    • 雑誌名

      Astroparticle physics

      巻: 60 ページ: 41-46

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2014.05.004

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: introduction and overview2015

    • 著者名/発表者名
      Lluis Marti Magro
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: Gd添加水チェレンコフ検出器EGADSにおける検出器較正2015

    • 著者名/発表者名
      徐宸原
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: Gd添加水チェレンコフ検出器EGADSにおけるGdからのガンマ線事象の解析2015

    • 著者名/発表者名
      森俊彰
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project:Gd添加水チェレンコフ検出器EGADSにおけるRayleigh散乱の測定2015

    • 著者名/発表者名
      阿久津良介
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Recent results from Super-Kamiokande2015

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Nakahata
    • 学会等名
      XVI International Workshop on Neutrino Telescopes
    • 発表場所
      Venice, Italy
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Zen and the Art of Gadolinium-Loaded Water Cherenkov Detectors2014

    • 著者名/発表者名
      M. Vagins
    • 学会等名
      24th Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG24)
    • 発表場所
      Kashiwa, Chiba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Gd Doping R&D2014

    • 著者名/発表者名
      M. Vagins
    • 学会等名
      15th International Workshop on Next generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors (NNN14)
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-11-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Gd Loading in Water2014

    • 著者名/発表者名
      M. Vagins
    • 学会等名
      Advances in Neutrino Technology (ANT2014)
    • 発表場所
      Los Angeles, California, USA
    • 年月日
      2014-09-22 – 2014-09-24
    • 招待講演
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D project Gd 添加水チェレンコフ検出器EGADSの現状2014

    • 著者名/発表者名
      森俊彰
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学本庄キャンパス
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-21
  • [学会発表] Prospects for supernova neutrino detection2014

    • 著者名/発表者名
      T.Mori
    • 学会等名
      Neutrino Oscillation Workshop 2014 (NOW2014)
    • 発表場所
      Conca Specchiulla (Otranto, Lecce, Italy)
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-15
    • 招待講演
  • [学会発表] Supernovae Neutrino detectors2014

    • 著者名/発表者名
      M.Nakahata
    • 学会等名
      VHEPU conference
    • 発表場所
      Quy Nhon, Vietnam
    • 年月日
      2014-08-03 – 2014-08-09
    • 招待講演
  • [学会発表] EGADS approaching GADZOOKS!2014

    • 著者名/発表者名
      Lluis Marti Magro
    • 学会等名
      3rd International Conference on New Frontiers in Physics
    • 発表場所
      Crete, Greece
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-08-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Status of GADZOOKS!: Neutron tagging in Super-Kamiokande2014

    • 著者名/発表者名
      Pablo Fernandez
    • 学会等名
      ICHEP2014
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      2014-07-02 – 2014-07-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project:Gd添加水チェレンコフ検出器EGADSにおけるGdの中性子捕獲によるガンマ線事象の解析2014

    • 著者名/発表者名
      森俊彰
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project:Gd添加水チェレンコフ検出器 実証実験EGADSにおける検出器較正2014

    • 著者名/発表者名
      池田一得
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: Gd添加水チェレンコフ検出器 実証実験EGADSの現状2014

    • 著者名/発表者名
      矢野孝臣
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-27 – 2014-03-30
  • [学会発表] GADZOOKS! & EGADS: Supernova Anti-Electron-Neutrino Detection in Gadolinium Doped Super-Kamiokande2013

    • 著者名/発表者名
      Pierce Weatherly
    • 学会等名
      27th Texas Symposium on Relativistic Astrophysics
    • 発表場所
      University of Texas at Dallas
    • 年月日
      2013-12-08 – 2013-12-13
  • [学会発表] Gd doped water Cherenkov detectors2013

    • 著者名/発表者名
      Andrew Renshaw
    • 学会等名
      NNN13
    • 発表場所
      Kavli IPMU
    • 年月日
      2013-11-11 – 2013-11-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: Gdテスト実証実験とその水チェレンコフ検出器建設の現状2013

    • 著者名/発表者名
      樹林 敦子
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 発表場所
      高知大学
    • 年月日
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project: Gadolinium sulfate loaded water quality in the 200 ton tank2013

    • 著者名/発表者名
      Lluis Marti Magro
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 発表場所
      高知大学
    • 年月日
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project:SK-IVにおけるガドリニウムの中性子捕獲によるガンマ線事象とバックグラウンドの評価2013

    • 著者名/発表者名
      森 俊彰
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 発表場所
      高知大学
    • 年月日
      2013-09-20 – 2013-09-23
  • [学会発表] GADZOOKS!2013

    • 著者名/発表者名
      T.Yano
    • 学会等名
      24th International Workshop on Weak Interactions and Neutrinos (WIN2013)
    • 発表場所
      Natal, Brazil
    • 年月日
      2013-09-16 – 2013-09-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Future of Super-Kamiokande and Hyper-Kamiokande2013

    • 著者名/発表者名
      M.Nakahata
    • 学会等名
      13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2013)
    • 発表場所
      Asilomar, California USA
    • 年月日
      2013-09-08 – 2013-09-13
    • 招待講演
  • [学会発表] GADZOOKS!2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Koshio
    • 学会等名
      13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2013)
    • 発表場所
      Asilomar, California USA
    • 年月日
      2013-09-08 – 2013-09-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Identifying electron antineutrinos with Super-Kamiokande: GADZOOKS! status and remaining issues2013

    • 著者名/発表者名
      Pablo Fernandez
    • 学会等名
      INVISIBLES13 Workshop
    • 発表場所
      Durham, United Kingdom
    • 年月日
      2013-07-15 – 2013-07-19
  • [学会発表] EGADS Progress2013

    • 著者名/発表者名
      Lluis Marti Magro
    • 学会等名
      The 33rd International Cosmic Ray Conference (ICRC2013)
    • 発表場所
      Rio de Janeiro, Brazil
    • 年月日
      2013-07-02 – 2013-07-09
  • [学会発表] Future SK Program for Antielectron neutrino Physics2013

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Kibayashi
    • 学会等名
      International Workshop on RENO-50 (RENO-50)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2013-06-13 – 2013-06-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Identifying electron anti-neutrinos with Super-Kamiokande:GADZOOKS!, status and some of its current challenges2013

    • 著者名/発表者名
      Pablo Fernandez
    • 学会等名
      International Meeting on Fundamental Physics (IMFP13)
    • 発表場所
      Santander, Spain
    • 年月日
      2013-05-20 – 2013-05-24
    • 招待講演
  • [学会発表] 超新星ニュートリノ及び低エネルギー宇宙ニュートリノ観測2013

    • 著者名/発表者名
      中畑雅行
    • 学会等名
      研究会「ニュートリノフロンティアの融合と進化」
    • 発表場所
      東京大学 小柴ホール
    • 年月日
      2013-04-21 – 2013-04-21
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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