2020 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 |
|---|
| Project/Area Number |
19H05803
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
a)０ν２β探索では、PMTの異常を迅速に察知して回復させるとともに、再起動時の印加電圧を下げていく手法で、低ゲイン化を遅らせる延命運転を行い、KamLAND-Zen 800においてもZen 400と同期間のデータを蓄積し、排除領域を逆階層のバンド領域により深く拡大した。また、PMTの特性変化に精緻に対応できるよう解析全体の更新をほぼ完了した。Xe由来の長寿命核BGに対しては、BG評価のシミュレーションを高度化し、加速器実験のデータで較正することで系統誤差の縮小を図った。ミューオン捕獲反応も対象にして、更なるBG低減を図っている。特に重要なエネルギースケール・分解能の安定性においては、検出器内のホットスポットを使う手法を考案し、較正間隔縮小や4桁を超える統計分布からのずれの検証といった精緻な解析を実現した。
b)新型電子回路の開発では、RFSoCを使ったプロトタイプ機が製作しファームウェアも開発した。デジタル部の性能は、ミューオン後やベテルギウス爆発時の全データを取得できることが確認された。
c)国内原子炉の大半が停止中の状況で、韓国原子炉による超長基線ニュートリノ振動研究が実現し、基線700kmでのニュートリノ振動を確認した。また、地球内天然原子炉に対し世界で最も厳しい制限を与えている。
d)低ゲインPMT回復のための電子回路改修を進め、低性能PMTの活用と合わせてエネルギー分解能をZen 400程度にまで回復できた。
e)集光ミラー開発では、多角形形状で被覆率を高め、集光効率2.3倍を示した。超高感度撮像装置の開発では、高反射率2枚鏡光学系でのステレオ撮像により、発光位置再構成、コンプトン散乱識別を実現した。大型化によってγ線を含むBG低減や反電子ニュートリノ方向測定に応用できる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
KamLAND-Zen 800のデータが順調に蓄積され、BGの理解や低減方法がさらに進展し、エネルギースケールや分解能の精緻な較正が実現している。また、新型電子回路の開発が順調に進んでおり、将来の高性能化に向けたと開発も、集光ミラー・超高感度撮像・蛍光ミニバルーンなど幅広く進展があった。超長基線ニュートリノ振動研究や地球内天然原子炉の研究など幅広い研究が進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Xe核破砕生成物の理解をさらに進め、更なるBGの低減を図る。特性の細かい変動に耐える低性能PMTを組み込んだ解析を完成させ、逆階層バンド領域に解を予言する理論の検証を行う。新型電子回路の量産化体制を整え、多重中性子を漏らさず測定できるように順次導入していく。極低放射能実験で共用できるプロトタイプ環境を構築し、設計した集光ミラーや高発光液体シンチレータの性能を実証する。地球ニュートリノ観測の系統誤差縮小のため、原子炉ニュートリノスペクトルの独自の第一原理からの計算を可能にするため、炉心シミュレーションに取り組む。また、使用済み燃料中の核分裂生成物の定量評価を可能にし、将来の100トン規模のXe-136回収可能性についての研究を進める。急速に増加している中国の原子炉を中心に海外からのニュートリノフラックスの計算精度を高め、地球ニュートリノ観測や超長基線ニュートリノ振動研究の系統誤差の低減を図る。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継続し、領域での共用体制を整えていく。
|
