大型液体シンチレータ検出器によるニュートリノのマヨラナ性の検証

利用大型液体闪烁体探测器验证中微子的马约拉纳性质

• 批准号: 19J20340
• 负责人: 亀井 雄斗
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20340/
• 关键词: ニュートリノ; 二重ベータ崩壊; 液体シンチレータ; 素粒子実験; 低放射能技術

近年の研究成果からニュートリノの性質が解明されつつあるが、その質量の絶対値やマヨラナ性の有無といった性質は未解明のままである。ニュートリノのマヨラナ性に関しては、未発見な稀少事象であるニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0nbb)の探索が現実的な唯一の手法となっている。本研究では、大型液体シンチレータ検出器 KamLANDを用いて、キセノン136の0nbb事象を探索するKamLAND-Zen 800 実験を進める。神岡地下の極低放射能環境下で行う本実験であるが、いまだに発見されない稀少事象の観測を実現するためには、さらなるバックグラウンドの理解・低減が重要となる。当該年度では、実験装置の低放射能化では原理的に除くことができない宇宙線ミューオン由来のバックグラウンドに注目し、そのバックグラウンド事象を解析により除去する手法の開発を進めた。宇宙線ミューオンは0.3 Hz程度でKamLAND内に入射し、液体シンチレータの主成分である炭素原子やキセノン原子の原子核を破砕して不安定核を生成することが分かっている。まず、炭素原子との核破砕反応により生成される半減期が最大 30秒程度と比較的短い不安定核種によるバックグラウンド事象の除去開発を行った。ミューオン、中性子捕獲事象と不安定核種の崩壊事象の 3点同時遅延計測と中性子捕獲事象が観測されなかった事象に対して核破砕に伴うシャワリング現象を利用した尤度関数による最尤法とを組み合わせて、99.3%の除去効率を達成した。一方、キセノン原子核との核破砕反応により生成される不安定核種は数日スケールの長寿命で、数百核種に及ぶ種類がある。キセノン原子核破砕では中性子数が多く放出されるということに着目し、中性子数や空間相関をパラメータとした最尤法にて40.1%の除去効率を確認した。KamLAND-Zen 800 実験は世界最高感度で遂行中である。

Research achievements in recent years, の か ら ニ ュ ー ト リ ノ の nature が interpret さ れ つ つ あ る が, そ の quality の unique numerical や seaborne マ ヨ ラ ナ sex の presence of と い っ た nature は not interpret の ま ま で あ る. ニ ュ ー ト リ ノ の マ ヨ ラ ナ sex に masato し て は, did not see 発 な few things like で あ る ニ ュ ー ト リ ノ を with わ な い double ベ ー タ collapse 壊 (0 NBB) の explore が now be the only の な gimmick と な っ て い る. This study で は, large liquid シ ン チ レ ー タ 検 extractor KamLAND を with い て, キ セ ノ ン の 0 136 NBB things like を explore す る KamLAND - Zen 800 be 験 を into め る. Super-k underground line で う の is extremely low radioactive environment this be 験 で あ る が, い ま だ に 発 see さ れ な い few things like の 観 を measurement be presently す る た め に は, さ ら な る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の understanding, low cut が important と な る. When the annual で は, be 験 device の low radioactivity change で は principle に except く こ と が で き な い cosmic ray ミ ュ ー オ ン origin の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド に attention し, そ の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド things like を parsing に よ り remove す る gimmick の open 発 を into め た. Degree of cosmic ray ミ ュ ー オ ン は 0.3 Hz で KamLAND に incident し, liquid inside シ ン チ レ ー タ の principal component で あ る carbon atoms や キ セ ノ ン atomic の nucleus を broken 砕 し て unstable nuclear を generated す る こ と が points か っ て い る. ま ず, carbon atoms と の nuclear broken 砕 anti 応 に よ り generated さ れ る half life が maximum 30 seconds と short い unrest nuclear kind of comparative に よ る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド things like の remove open 発 を line っ た. ミ ュ ー オ ン, temper in things like nuclear と unrest の species collapse 壊 things like の 3 points at the same time 遅 delay measuring と temper in capture things like が 観 measuring さ れ な か っ た things like に し seaborne て nuclear broken 砕 に with う シ ャ ワ リ ン グ phenomenon を using し た especially degrees masato number に よ る most especially method と を group み close わ せ て, の remove を sharper rate reach 99.3% し た. One party, the キ セ ノ ン nucleus と の nuclear broken 砕 anti 応 に よ り generated さ れ る unrest nuclide は days ス ケ ー ル の long-life で, hundreds of kinds of に and kinds of ぶ が あ る. キ セ ノ ン nuclei broken 砕 で は temper number が く release more さ れ る と い う こ と に mesh し, masato temper number や space phase in the を パ ラ メ ー タ と し た most especially method に て の remove working rate 40.1% を confirm し た. KamLAND-Zen 800 experience で the world 's highest sensitivity で in progress である.

项目成果

Prospects for searching new Double Beta Decay physics with KamLAND-Zen 800

使用 KamLAND-Zen 800 寻找新的双 Beta 衰变物理的前景

• DOI: 10.1088/1742-6596/2156/1/012230
• 发表时间: 2022
• 期刊: J.Phys: Conf.Ser.
• 作者: 前野優香理;小瀧裕一;寺田竜太;長由扶子;此木敬一;山下まり;Y.Kamei for the KamLAND-Zen collaboration
• 通讯作者: Y.Kamei for the KamLAND-Zen collaboration

KamLAND-Zen：バックグラウンドの評価

KamLAND-Zen：背景评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 亀井雄斗

KamLAND-Zen 800:宇宙線ミューオンによる核破砕反応での不安定核種生成量の評価

KamLAND-Zen 800：评估宇宙射线μ子引起的核散裂反应中产生的不稳定核素的数量

• 发表时间: 2020
• 作者: 1.Akitada Sakurai;Victor M. Bastidas;M.P. Estarellas;William J. Munro and Kae Nemoto;亀井雄斗
• 通讯作者: 亀井雄斗

Prospects of search for new physics in the Double Beta Decay with KamLAND-Zen 800

使用 KamLAND-Zen 800 在双贝塔衰变中寻找新物理的前景

• 发表时间: 2021
• 作者: Hang Hua;Kouji Yasuda;Hirokazu Konishi;Toshiyuki Nohira;Y.Gando et al. (KamLAND-Zen Collaboration);KAMEI Yuto
• 通讯作者: KAMEI Yuto

Reduction radioactive impurities from the liquid scintillator by using the Metal Scavenger

使用金属清除剂减少液体闪烁体中的放射性杂质

• 发表时间: 2019
• 作者: Hang Hua;Kouji Yasuda;Hirokazu Konishi;Toshiyuki Nohira;Y.Gando et al. (KamLAND-Zen Collaboration);KAMEI Yuto;亀井雄斗;KAMEI Yuto and for KamLAND Collaboration
• 通讯作者: KAMEI Yuto and for KamLAND Collaboration