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。

最近阐明了最新的研究结果以揭示中微子的特性，但是尚不清楚这些特性，例如其质量的绝对价值以及它们是否具有主要特性。关于中微子的主要性质，唯一现实的方法是搜索双β衰减（0NBB），这是一个罕见的未发现的事件，不伴随中微子。在这项研究中，我们将使用大型液体闪烁体检测器Kamland进行Kamland-Zen 800实验，在Xenon 136中搜索0NBB事件。该实验是在卡米卡（Kamioka）在极低的放射性环境下进行的，但是对背景的进一步理解和降低对于实现对仍未发现的罕见事件的观察至关重要。在这个财政年度，我们专注于源自宇宙射线muons的背景，这些背景原则上无法通过降低实验设备的放射性来消除，并开发了一种通过分析去除背景事件的方法。已经发现，宇宙射线MUON以约0.3 Hz的速度进入Kamland，并分解碳原子和Xenon原子的原子核（液体闪光灯的主要成分），以产生不稳定的核。首先，我们开发了由不稳定的核素引起的背景事件的去除，其半衰期相对较短，约为30秒，这是由碳原子的核断裂反应产生的。使用与核骨折相关的淋浴现象，未观察到与核骨折相关的淋浴现象，未观察到的核骨折现象的三点同时延迟测量，中子捕获事件和不稳定核素的衰减事件以及最大似然方法，在未观察到中子捕获事件的事件中，可以观察到99.3％的去除效率。另一方面，由核断裂反应与氙核产生的不稳定核素的寿命为几天，并且有数百个核素。关注以下事实，即在氙核断裂过程中发出中子的数量，使用最大似然法使用中子的数量和空间相关性作为参数确认了40.1％的去除效率。 Kamland-Zen 800实验正在以世界上最高的灵敏度进行。

项目成果

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 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

メタルスカベンジャーを用いた液体シンチレータ検出器の極低放射能化

使用金属清除剂的超低放射性液体闪烁体探测器

• 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;亀井雄斗
• 通讯作者: 亀井雄斗

メタルスカベンジャーを用いた液体シンチレータの新純化手法

使用金属清除剂的液体闪烁体净化新方法

• 发表时间: 2019
• 作者: 水越彗太;他XENON Collaboration;山野弘樹;水越彗太;亀井雄斗;山岡 洸瑛;亀井雄斗;Keita Mizukoshi;Keita Mizukoshi;亀井雄斗
• 通讯作者: 亀井雄斗

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