2023 Fiscal Year Final Research Report

History of star formation in the universe with high sensitivity observation of supernova relic neutrinos

Planned Research

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Project Area	Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics
Project/Area Number	19H05807
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	Sekiya Hiroyuki 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	坂口綾筑波大学, 数理物質系, 教授 (00526254) 竹内康雄神戸大学, 理学研究科, 教授 (60272522) 鈴木良一国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 首席研究員 (80357300) 高久雄一筑波大学, 数理物質系, 研究員 (40715497) 伊藤慎太郎岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(PD) (40780549)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	宇宙史 / 超新星爆発 / ニュートリノ / 低放射能技術
Outline of Final Research Achievements	Super-Kamiokande was upgraded to be able to distinguish between electron and antielectron neutrinos, and a search for diffuse supernova neutrino background(DSNB) with antielectron neutrinos was performed with the highest sensitivity in the world. As a result, although we did not detect DSNB, we succeeded in placing the world's most stringent limit on the flux of DSNB, as expected. In addition, the detection of neutrinos at the time of the supernova explosion improved the accuracy of determining the direction of the supernova explosion.
Free Research Field	宇宙素粒子実験
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	水チェレンコフ検出器の純水に硫酸ガドリニウムを溶かすことによって、中性子を非常に効率的に検出できること、電子ニュートリノによる反応と反電子ニュートリノによる反応を区別できるようになることを実証した。このことはニュートリノ観測にとどまらず、暗黒物質探索などの素粒子実験へ波及効果が見込まれるし、すでに利用されている。そして超新星背景ニュートリノ探索において、超新星爆発の温度が高いと予想する、いくつかの理論に制限を付けた。このことは、超新星爆発の発生を待つことなく、過去の超新星爆発を発掘するという、いわばニュートリノを用いた考古学的な手法を開拓したことになる。