ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊探索高感度化に向 けた開発研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800116
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 丸藤 亜寿紗 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教育研究支援者 (20704399)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / 液体シンチレータ / カムランド

研究実績の概要

本研究の最終目的は、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の探索により、ニュートリノの性質(マヨラナ/ディラック性、質量、階層構造)を明らかにすることである。申請者の所属する二重ベータ崩壊実験、カムランド禅では、現時点で世界最大量、約340kgの崩壊核を液体シンチレータに溶かして観測を行い、世界最高感度を達成している。2016年度には、崩壊核を約740kgまで増やし実験を行う予定だが、この状態でも目標である逆階層構造をカバーするには至らず、検出器の更なる感度向上が不可欠となる。
液体シンチレータを使用する場合にネックになるのがエネルギー分解能であり、改善するには、集光量を増やす必要がある。そこで、本研究では大光量かつ透過率の高い液体シンチレータの開発を行った。目標の集光量は、現行の液体シンチレータの1.4倍、溶媒の候補は、リニアアルキルベンゼン(LAB)である。LABは近紫外を含む短波長領域に不純物による吸収があり、発光剤PPOの発光波長に影響を及ぼす。様々な純化方法を試した結果、モレキュラーシーブを用いた吸着純化によって吸光の原因となる物質を除去でき、光透過率が増加した。また、この純化によって発光量にも改善が見られた。これらから、LABベースの液体シンチレータで、集光量は1.52倍となり、目標を達成できた。

研究成果

• [雑誌論文] KamLAND SENSITIVITY TO NEUTRINOS FROM PRE-SUPERNOVA STARS (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B.D. Xu, A. Kozlov et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 818 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3847/0004-637X/818/1/91
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for double-beta decay of 136Xe to excited states of 136Ba with the KamLAND-Zen experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, M. Otani, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B.D. Xu et al.
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 巻: 946 ページ: 171-181
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2015.11.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] STUDY OF ELECTRON ANTI-NEUTRINOS ASSOCIATED WITH GAMMA-RAY BURSTS USING KamLAND (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, Y. Oki, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B.D. Xu et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 806 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/1/87
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for the proton decay mode p→ (ν-bar)K+ with KamLAND (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, Y. Oki, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 92 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.92.052006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 7Be solar neutrino measurement with KamLAND (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, H. Ishikawa, Y. Kishimoto, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakajima, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Oki, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada et al.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW C 巻: 92 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.92.055808
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] KamLAND2-Zen実験用液体シンチレータ開発の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大浦智也
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス (大阪府大阪市)
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-25
• [学会発表] Search for neutrinoless double beta decay with KamLAND-Zen (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Gando for the KamLAND-Zen Collaboration
  • 学会等名: Neutrinos and Dark Matter in Nuclear Physics 2015
  • 発表場所: Jyvaskyla, Finland
  • 年月日: 2015-06-03 – 2015-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東北大学ニュートリノ科学研究センター
  • URL: http://www.awa.tohoku.ac.jp/rcns/