世界最高感度での0νββ探索によるニュートリノのマヨラナ性の検証

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本研究は、ニュートリノのマヨラナ性の検証を目的としてニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0νββ)を探索した。0νββの探索実験であるKamLAND-Zenの高感度化及びデータ解析を行なった。データ分析の過程で、検出器の低放射能化によりこれまでは寄与を無視していた核種(キセノンの核破砕生成物)が主要な背景事象になることが判明した。そこで、計画を変更して、今年度はこの核種の除去手法の開発及び生成量の見積もりを最重要課題として研究を進めた。キセノン核破砕生成物は大量の中性子を放出して作られるという特徴を持つことに注目し、周囲の中性子数をパラメータとした尤度関数による除去手法を開発することにした。KamLANDの実データを再現するようにチューニングしたモンテカルロシミュレーションを構築し、キセノン核破砕性生物が作らる際に放出する中性子の数や空間分布を詳細に調べた。尤度関数を作成した。尤度関数をもとに、観測データを信号らしいデータと背景事象らしいデータに分割した上で、両者を同時にフィットすることで、系統誤差を考慮しつつキセノン核破砕生成物の寄与を見積もり、同時に0νββ半減期に制限を与えることに成功した。0νββの半減期の上限値からマヨラナニュートリノの有効質量に対する下限値が計算できる。本研究が与えた下限値は世界で最も厳しいということに加え、初めてニュートリノ質量の逆階層構造と呼ばれる前人未到の領域に差し掛かるものとなった。