研究課題
若手研究(A)
ニュートリノのマヨナラ性を証明することで、素粒子物理学に残された「軽いニュートリノ質量」と「物質優勢宇宙」という大きな問題を解決に導くことができる。ニュートリノのマヨナラ性を示すには、特定原子核 (76Geや136Xe)のニュートリノを伴わない２重ベータ崩壊事象を検出すれば良い。本研究は、136Xe原子核をもちいた実験 (KamLAND-Zen)の高感度化のための新技術を開発し、超高感度２重ベータ崩壊事象探索を実現することを目標としている。本年度は、信号領域と重なる214Biと10C起源のバックグランを低減するために、光るバルーンとイメージングカメラの開発を行った。バールンは136Xe容器であり、バルーンに含まれる214Biが214Poへ崩壊する際に信号領域と同じバックグランドを放出する。このバックグランドを低減する一つの方法214Poが210Pbへ崩壊する際のα線を検出する光るバルーンである。我々は帝人が開発した新素材(シンチレックス)フィルムに注目して、基礎特性評価を行った。まず、α線での発光を確認して実現性を確認した。その後、超音波溶着によりフィルムをバルーンに加工することの可能性と放射性不純物の含有量を調べた。これらからシンチレックスによる光るバルーンを作るのに原理的に問題がない事を確認する事ができた。10Cは宇宙線ミューオンによる12Cの原子核破砕で作られる。10Cはすぐに崩壊し、そのエネルギーが一部信号帯域に重なる。10Cイベントは互いに数cm離れた４点反応なのに対して、信号は単一点反応であることに注目して、イベントの広がりを検出できるイメージングカメラで10Cイベントのタギングする方法を開発している。我々は136Xeが含まれるバルーンを高分解で撮像できる光学系を開発した。そして、GEANT4シミュレーションにより、10Cをタギングできることを示した。
2: おおむね順調に進展している
２つの方法の原理的な検証に成功した。来年度は、プロトタイプを開発してより高いレベルでの実現性を検討する。
今後は、プロトタイプ試験を行いより高いレベルでのアイディアの実証を進め、超高感度探索のための準備を整える。また、相補的なアプローチして、高量子効率光電子増倍管の利用も実現性が高まっている。そのために、高量子効率光電子増倍管の実証試験を始める予定である。
年度途中にイメージング光学系デザインで非常に進展があったために、予定していたプトロタイプ製作を一年遅らせることとした。これによる全体の遅れは軽微であり、問題は無い。イメージングカメラのプトロタイプ試験に使う予定である。
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Physical Review D
巻: 88 ページ: 033001
10.1103/PhysRevD.88.033001
http://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/
