2021 Fiscal Year Annual Research Report
スーパーカミオカンデにおける超新星背景ニュートリノ探索
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20J20189
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
原田 将之 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 超新星爆発 / 超新星背景ニュートリノ / ニュートリノ / スーパーカミオカンデ / SK-Gd実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙が始まって以降、超新星爆発によって様々な元素が生成されたと考えられており、超新星爆発機構の理解は鉄より軽い元素生成の理解に必要不可欠である。爆発の際には大量のニュートリノが生成されると考えられており、この超新星爆発ニュートリノの観測は超新星爆発気候の解明において欠かすことができない。
しかし、超新星爆発ニュートリノを観測できるほどの近傍で爆発が起こる頻度は数十年に1度ととても少なく、爆発由来のニュートリノを観測するための有用な手段として超新星背景ニュートリノ(SRN)の観測が挙げられている。SRNは宇宙初期から起きてきた超新星爆発ニュートリノの重ね合わせであり、背景放射として現在の宇宙を漂っていると考えられる。SRNのフラックスは爆発の頻度などに依存するため、SRNの観測により宇宙が誕生してからの恒星進化の歴史への理解が格段に進む。
そこで、SRNの世界初観測を目的として、検出器にガドリニウムを導入しSRNの反応で生成される中性子の検出効率を向上させる新実験(SK-Gd)が開始された。SK-Gd実験では、中性子がGdによって捕獲され生成される合計約8 MeVのガンマ線を捉えることで、高確率での中性子信号の検出が可能となった。SRN信号は中性子を伴うため検出効率が向上すると考えられ、また、中性子を生成しないバックグラウンドについては大きく削減できると期待される。
現在は質量濃度0.011%のGdをSKに導入しており、2022年度にはさらにGdを追加し、0.03%での観測が始まる予定である。本研究では中性子同定についてAm/Be線源での測定結果から詳細な理解を試みる。そして、SK-Gd実験での2年間でのSRN探索探索を行い、最初の結果を報告することを目指す。
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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
本年度前半は、新型コロナウイルスの影響で延期されていた神戸大学や現地の研究者の方との解析打ち合わせを行い、シミュレーションに取り込む検出器較正結果の改善を行うことができた。
並行して、Gdによる中性子信号の再構成について最適な手法を考案し、精度を向上させることに成功した。
このようにして構築したシミュレーションと解析コードを使ってAm/Be線源測定結果を解析・比較し、中性子同定効率について見積もった。この結果について、オンラインで行われた2021年度日本物理学会秋季大会で報告した。
しかし、実験自体が若干遅れているため追加でGdを導入する時期が遅れており、この期間に使用している線源の理解について外部測定を行なった。
さらにAm/Be線源についてさらなる理解を得るために線源周囲のジオメトリを変更したデータについて測定し、新たな知見を得ることに成功した。これらの結果について2021年度物理学会年次大会で報告を行なった。
実験自体の段階は若干遅れているが、その期間に線源の理解を深め、中性子同定の精度の向上が見込まれていることから、概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年4月現在は質量濃度0.011%のガドリニウムの導入が完了している。今後はこの濃度での中性子信号同定効率について不定性の見積もりを行い、超新星背景ニュートリノ探索での中性子信号の不定性に利用する。
また、2022年度にはGdを現在の3倍程度になるまで追加で導入し、質量濃度0.03%まで引き上げる予定である。この結果中性子同定効率は約75%まで向上することが見込まれており、その際の中性子信号同定効率やその不定性についても同様に見積もりを行う。そして、0.011%の全期間と0.03SK-Gd実験でのSRN探索について最初の報告を目指す。
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