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2015 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Gravitational wave / Supernova / Neutrino / Gadolinium
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, near 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 (WC) 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.
We are happy to report that this primary goal has been accomplished during FY2015.
Since October 2014 the 200-ton EGADS detector has been full of water. Stepwise gadolinium loading began in November of 2014, and was completed - meaning that the target goal of 0.2% gadolinium sulfate by mass had been dissolved in the water - by the end of April 2015. At this point EGADS became the world's first (and most advanced) Gd-loaded water Cherenkov supernova neutrino detector.
The detector has been carefully calibrated and data taking now takes place 24 hours a day without interruption. The remainder of FY2015 was therefore primarily devoted to stable operations of the 200-ton EGADS detector, where EGADS now stands for Employing Gadolinium to Autonomously Detect Supernovas.

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 correct answer for where the project stands: we have successfully built and now continuously operate the world's most advanced WC-based supernova neutrino detector, a significant accomplishment.
Currently we are making excellent, steady progress toward our ultimate supernova detection goal: fully automated, immediate notification of the world's astronomers following detection of a burst of neutrinos from a Milky Way core collapse supernova explosion.
EGADS's all-important selective water filtration system, which keeps the water in the detector clean but does not remove the dissolved gadolinium, has been continually improved and upgraded during the past few years. 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.
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 have achieved. 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.
Indeed, in June of 2015, based primarily upon these outstanding EGADS results, the Super-Kamiokande Collaboration officially approved the gadolinium loading of Super-K itself.

今後の研究の推進方策

Now that the detector itself is 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 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

    (23件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Irvine
  • [国際共同研究] University Autonoma Madrid(Spain)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      University Autonoma Madrid
  • [雑誌論文] First measurement of radioactive isotope production through cosmic-ray muon spallation in Super-Kamiokande IV2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Zhang et al. (The Super-Kamiokande collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 93 ページ: 12004-1-12

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.93.012004

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] EGADS approaching GADZOOKS!2015

    • 著者名/発表者名
      L.M.Magro
    • 雑誌名

      EPJ Web Conf.

      巻: 95 ページ: 4041 1-6

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] スーパーカミオカンデの将来2016

    • 著者名/発表者名
      M.Nakahata
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project : Introduction and Overview2016

    • 著者名/発表者名
      L.M.Magro
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [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及びデータ解析2016

    • 著者名/発表者名
      C.Xu
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [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2016

    • 著者名/発表者名
      R.Akutsu
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project : 太陽ニュートリノ観測に向けたイオン交換樹脂による不純物Ra除去効率の評価2016

    • 著者名/発表者名
      K.Ito
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Super-K Gd プロジェクトによる超新星背景ニュートリノの探索2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Koshio
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-17
  • [学会発表] Gadolinium Loading in WC Detectors2015

    • 著者名/発表者名
      M.Vagins
    • 学会等名
      11th Annual Applied Antineutrino Physics Workshop
    • 発表場所
      Arlington Virginia, USA
    • 年月日
      2015-12-07 – 2015-12-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SK and SK-Gd2015

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda
    • 学会等名
      NNN15
    • 発表場所
      Stony Brook University, USA
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rayleigh scattering measurement2015

    • 著者名/発表者名
      R.Akutsu
    • 学会等名
      NNN15
    • 発表場所
      Stony Brook University, USA
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project : GADZOOKS!計画実証実験EGADSの現状2015

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project : Gd添加水チェレンコフ検出器EGADSにおける中性子検出能力評価2015

    • 著者名/発表者名
      C.Xu
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project : GADZOOKS!計画にむけたGd添加水でのRayleigh散乱測定2015

    • 著者名/発表者名
      R.Akutsu
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] Current status of SK-Gd project and EGADS2015

    • 著者名/発表者名
      C.Xu
    • 学会等名
      TAUP2015
    • 発表場所
      Torino, Italy
    • 年月日
      2015-09-07 – 2015-09-11
    • 国際学会
  • [学会発表] LowE neutrino in SK2015

    • 著者名/発表者名
      H.Sekiya
    • 学会等名
      TAUP2015
    • 発表場所
      Torino, Italy
    • 年月日
      2015-09-07 – 2015-09-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SK-upgrade2015

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda
    • 学会等名
      Nu workshop at J-PARC
    • 発表場所
      Tokai, Japan
    • 年月日
      2015-08-04 – 2015-08-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GADZOOKS!: Status and physics potential2015

    • 著者名/発表者名
      P.Fernandez
    • 学会等名
      ICRC2015
    • 発表場所
      Hague, Netherland
    • 年月日
      2015-07-30 – 2015-08-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-Kamiokande2015

    • 著者名/発表者名
      L.M.Magro
    • 学会等名
      PPC2015
    • 発表場所
      Deadwood, South Dakota, USA
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Current status of GADZOOKS!2015

    • 著者名/発表者名
      C. Xu
    • 学会等名
      GWPAW2015
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2015-06-17 – 2015-06-20
    • 国際学会
  • [学会発表] GADZOOKS! project at Super-Kamiokande2015

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda
    • 学会等名
      WINS2015
    • 発表場所
      Heidelberg, Germany
    • 年月日
      2015-06-06 – 2015-06-13
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-01-27  

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