2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Majorana nature of neutrinos in the inverted hierarchy region
| Project Area | Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics |
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| Project/Area Number |
19H05803
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井上 邦雄 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (10242166)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / マヨラナニュートリノ / 宇宙物質優勢 / 極低放射能 / 地球ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
a)０ν２β探索において、二重ベータ崩壊核であるXe-136を倍量にし清浄なミニバルーンにより有効体積を3倍強に増やしたKamLAND-Zen 800での探索を実施し、観測日数147日の初期データでZen 400の感度を凌駕し、Zen 400との統合解析では逆階層のバンド領域にかかる排除領域を得た。また、ミューオンによる原子核破砕BGの研究を進め、Xeの破砕についても計算ができるようになった。中性子やシャワー生成のタグを高度化し、これまで問題であったC-10は現状では無視できる程度にまで低減できた。一方、Xe由来の長寿命核が課題として残るが、中性子多重度を使うことで数万秒程度に至るvetoを導入できるようになった。開発中の電子回路の導入でさらに効率的に識別できるようになる。また、ニューラルネット使った解析でγ線を含むBGを半分程度に低減できるようになった。
b)ミューオン後の中性子や近傍超新星爆発ニュートリノの全事象取得が可能なRFSoCを使った新型電子回路の設計を完成させた。
c)地球ニュートリノの測定精度が理論モデルを凌駕した。予備結果として15.6%の誤差で8σの検出ができていることを国際会議で発表した。全地熱が放射性熱となるモデルや地球物理学的High-Qモデルを排除できている。今後は、地球モデルの精度向上も重要となる。
d)規定ゲインを発揮できなくなったPMTを回復させるための電子回路の改造方法を見出し、適用を開始した。また、不十分なゲインや分解能の劣るPMTをエネルギー再構成に組み込み最大限に情報を活用する手法を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
KamLAND-Zen 400とZen 800の統合解析で排除領域が逆階層のバンド構造にかかるまで探索感度が向上しており、世界を大きくリードしている。課題となる長寿命のXe核破砕生成物についてもシャワータグや中性子多重度測定、さらにはニューラルネットの導入により低減が進んでいる。また、エネルギー分解能低下の要因であった低ゲインPMTの増加に対しても、アンプによるゲイン回復や低ゲインPMTのエネルギー計算への組み込み手法の開発によって、影響を最小限に止めることに成功している。また、地球ニュートリノ観測に至っては、目標としていた地球モデルの精度を凌駕する観測精度を、予定を大きく前倒しして達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Xe核破砕生成物の更なる低減のために、生成核種の推定精度を高め、最適な解析手法を考案する。また、新型電子回路の開発により、ミューオン後の中性子事象観測効率を大幅に改善する。低ゲインPMTへのアンプ導入を進め、エネルギー分解能の低下を抑制する。
抜本的解決にはPMTの交換が不可欠であるが、同時に大幅なエネルギー分解能の改善を行えるように、集光ミラーの開発、高量子効率PMTの開発、高発光液体シンチレータの開発を進めるとともに、γ線を伴うBG低減に有効な超高感度撮像装置の開発や、さらなる有効体積の拡大を可能にする蛍光ミニバルーンの開発を行う。新型電子回路はプロトタイプを製作し量産設計を固める。
並行して地下スーパークリーンルーム建設のための地下空間の整備を進め、領域での共用体制を整えていく。
また、コロナ禍での安定した運転継続のために、遠隔地からの制御を強化する。例えば、ハングアップ時に手動での電源再投入が必要であった旧式の高電圧電源に対して遠隔地からのスイッチの入切を可能にする装置を開発する。
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