スーパーカミオカンデにおける新たな事象再構成アルゴリズムの開発による陽子崩壊探索

点击翻译按钮获取中文摘要

大統一理論の検証のためには陽子崩壊の事象の観測が極めて重要となると考えられている。本研究ではスーパーカミオカンデにおいて、有力な理論において提唱されている「p→e^+/μ^+η, η→2γ」、「p→e^+/μ^+η, η→3π^0」モードで崩壊する陽子崩壊事象の解析を進めた。この崩壊様式の解析を行った先行する研究において、η中間子と原子核との相互作用の見積もりの不定性が系統誤差の主要因であった。この系統誤差を減らすべく、私は近年電子加速器において行われたη中間子光生成実験、及びη中間子の核子吸収反応実験により得られた反応断面積測定の結果を元に、η中間子と核子の相互作用断面積を推定し、改めて系統誤差の再評価を目指した。過去２年に渡って反応断面積の再評価手法確立し、本研究はその手法を本解析で用いるモンテカルロシミュレーション事象に適用したものである。この結果、陽子崩壊事象の検出効率の系統誤差は約30%から約10%へと低減することができた。また相互作用反応断面積の見直しにより、検出効率もまた先行研究と比較して約20%向上した。同時に未解析のスーパーカミオカンデの約４年間の観測データを含める、計２３年間の実データの再解析を行い、陽子崩壊事象を探索した。解析の結果、陽子崩壊事象の候補は観測されなかった。以上の解析結果と改善した陽子崩壊事象シミュレーションより推定した系統誤差・検出効率の値を用いて「p→e^+η」、「p→μ^+η」モードで崩壊する場合の陽子の寿命の下限値を計算したところ、下限値はそれぞれ1.4×10^34年、7.3 ×10^33年と推定され、世界で最も厳しい制限を与える結果となった。