Early identification of supernovae using neutrino observations at Super-Kamiokande

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Super-Kamiokande(SK)では、2020年に硫酸ガドリニウム八水和物の総重量にして約13トンを初導入して、0.01%のガドリニウム濃度で約50%中性子捕獲効率を達成した。その後、約2年間にわたり安定したデータ取得を継続できた。2021年には原料の品質によらない、新たな精製プロセスの開発を企業と共同で行い、その結果、より放射性不純物の少ない硫酸ガドリニウム八水和物を安定して製造することに成功した。2022年には、納品された硫酸ガドリニウム八水和物の全ロットについて、ゲルマニウム検出器とICP-MSを持ちいて品質確認を行った結果、我々の要求を満たすものであることを確認した。2022年6月から7月には、硫酸ガドリニウム八水和物の総重量にして約26トンを追加導入して、 0.03%のGd濃度で75%の中性子捕獲効率を実現させることができた。超新星爆発方向決定プログラムの改良では、ガドリニウムによる中性子捕獲信号を使って逆ベータ反応事象をタグし、電子散乱事象と区別することで、方向決定精度を向上させた。モデルによっては10kpcの超新星方向決定精度を3度以内という目標を達成できた。さらに、HEALPIXという天文分野で広く使われているスカイマッピングツールを用いて、検出された事象方向をHEALPIX上にマッピングしその分布の形から超新星爆発方向を得ることができる手法を開発した。同時に、これまでの最尤法を用いたプログラムの改良を行い、HEALPIXを用いた手法を組み合わせることで、これまで約10分かかっていた計算を数秒で行うことができ、かつ方向決定精度もより良い結果を得ることに成功した。ハードウェアの改良では、これまで計算時間のボトルネックとなっていたディスクアクセスの向上のために、SSDの導入を行った。