2018 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring the new era of particle physics through the observation of natural neutrinos and the proton decay search
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
18H05536
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
早戸 良成 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (60321535)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久世 正弘 東京工業大学, 理学院, 教授 (00225153)
清水 格 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10400227)
鈴木 州 神戸大学, 理学研究科, 助教 (20243298)
ウェンデル ロジャー 京都大学, 理学研究科, 准教授 (20647656)
石塚 正基 東京理科大学, 理工学部物理学科, 准教授 (40533196)
西村 康宏 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (40648119)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 大気ニュートリノ振動 / データ収集システム / 陽子崩壊 / 太陽ニュートリノ観測 / ニュートリノ質量階層性 / 大統一理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2008年以後に取得(SK4)した大気ニュートリノデータサンプルに適用可能な、新たな事象再構成手法を導入することで、粒子識別性能を高めつつ有効体積を30%以上拡大することに成功、この成果を論文として発表した（Prog. Theor. Exp. Phys.2019, 053F01）。これにより、混合パラメータに大きく依存するが、ニュートリノ質量階層性2.5～3σ で決定する見通しが立った。
また１９９６年のスーパーカミオカンデ開始時以後全てのデータに適用可能な事象再構成手法の改良と性能評価も進めており、当初の予定通り陽子崩壊探索において２０％の有効体積拡張を可能とする見通しが立った。
中性子同定ソフトウェアについては、光電子増倍管のノイズに関して新たな知見が得られ、これを用いることで純水でも中性子の検出効率２０％から２５％に向上することが可能となった。また、この知見から新型光電子増倍管のダークノイズの低減はガラス中の放射性物質低減によって可能となることがわかり、ＰＭＴの性能向上を達成に道筋をつけた。
ハイパーカミオカンデ用エレクトロニクスは、水中に設置される１０００枚を超える電子回路を百psレベルで同期をとる必要がある。これを実現するための技術検証用プロトタイプを製作、その評価を行い、光ファイバーを用いて同期信号を伝達することが可能であることを示した。さらに、この同期信号やデータを送受信するための１２本の光ファイバーと電源を１本のケーブルとして水中で接続可能なケーブルとコネクタの試作も完了した。
光電子増倍管用高電圧装置については、高電圧電源のノイズ・安定性などの性能評価に必須となる測定装置の開発を完了、次年度からの試作品評価試験に備えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2008年以後に取得(SK4)した大気ニュートリノデータサンプルに適用可能な、新たな事象再構成手法を導入することで、粒子識別性能を高めつつ有効体積を30%以上拡大することに成功、この成果を論文として発表した（Prog. Theor. Exp. Phys.2019, 053F01）。これにより、混合パラメータに大きく依存するが、ニュートリノ質量階層性2.5～3σ で決定する見通しが立った。また、従来から持ちている事象解析ソフトウェアの改良によって、実験開始時（１９９６年）からのすべてのデータについて、有効体積を20%増加させる手法をほぼ確立、陽子崩壊探索の感度向上に道筋をつけた。中性子同定ソフトウェアについては、光電子増倍管のノイズに関して新たな知見が得られ、これを用いることで純水でも中性子の検出効率２０％から２５％に向上することが可能となった。
さらに、低ノイズ化を可能としつつ衝撃波を防ぐ防爆ケースの設計が進んだ。また、ハイパーカミオカンデ用エレクトロニクスは、水中に設置される１０００枚を超える電子回路を百psレベルで同期をとる必要がある。これを実現するための技術検証用プロトタイプを製作、その評価を行い、光ファイバーを用いて同期信号を伝達することが可能であることを示した。さらに、この同期信号やデータを送受信するための１２本の光ファイバーと電源を１本のケーブルとして水中で接続可能なケーブルとコネクタの試作も完了した。光電子増倍管用高電圧装置については、高電圧電源のノイズ・安定性などの性能評価に必須となる測定装置の開発を完了、次年度からの試作品評価試験に備えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
スーパーカミオカンデのデータ解析について、新たな中性子同定手法や、改良した事象再構成ソフトウェアを用いて、１９９６年から２００８年に取得した全データを用いて陽子崩壊を探索する。また、大気ニュートリノ事象解析に対しても、同ソフトウェアを適用すること、ならびに、新たな事象選別手法を改良することで、その精度向上を図る。スーパーカミオカンデには純水にガドリニウムを導入する予定となっており、中性子同定の性能が大幅に向上すると期待される。これに向け、ガドリニウム導入後の検出器シミュレーションプログラムおよび事象再構成ソフトウェアの最適化、および中性子同定手法の確立を早急に行い、ガドリニウム導入後に早急に結果を出す。太陽ニュートリノの背景事象理解のため、高精度ラドン測定方法を早期に確立し、その低減を目指す。また、データ取得（事象記録）を効率化するため、超高速事象再構成ソフトウェアを開発、これをスーパーカミオカンデに導入することを目指す。ハイパーカミオカンデに向けた技術開発としては、まず光センサーの低ノイズ化を達成するための研究を加速させ、これを実現する。また、光センサーを実際にとりつけるための構造体を整備、実際に模擬した試験を実施する。並行して、エレクトロニクスを水中に設置するための防水耐圧容器、ケーブル貫通用フィードスルーの技術的な基礎開発をまず優先する。また、エレクトロニクス自体についても、光センサーの信号を実際にデジタル化するシステムとして完成させる開発を進める。
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