Search for Nucleon Decay to Test Grand Unified Theory

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本研究の目的は大統一理論の証拠となる核子崩壊を発見、または、その崩壊寿命に世界最高の制限をつけることである。世界最大の二層式水チェレンコフ検出器であるスーパーカミオカンデ検出器の性能を最大限に用いるために、解析に使用する領域(有効質量領域)を先行研究よりも20%程度増大させ、核子崩壊p→e+π0、p→μ+π0の探索を行なった。この有効質量拡張は、データ選別アルゴリズム改良によるデータ高品質化、事象再構成アルゴリズムの高精度化、検出器応答由来の系統誤差の詳細な見積もりにより完了しており、前回結果と比べて約1.5倍の統計量(観測時間25%向上を含む)を本研究では用いた。探索の結果、p→e+π0については候補事象は観測されず、p→μ+π0については候補事象が一つ観測された。これらの結果は、期待される大気ニュートリノ由来の背景事象(p→e+π0: 0.59事象, p→μ+π0: 0.94事象)と無矛盾であり、核子崩壊を示す有意な信号の超過は見られなかった。そして、各崩壊モードについて、τ/B(p→e+π0)>1.6×10^{34}年、τ/B(p→μ+π0)>2.4×10^{34}年という世界で最も厳しい核子崩壊寿命下限値を信頼区間90%で設定した。有効質量拡張を可能にした解析の改善、これらの核子崩壊探索の結果をスーパーカミオカンデコラボレーションの論文としてまとめ、Physical Review D誌より公表した。本研究の目的である「核子崩壊を発見できなかった場合でも、その崩壊事象に世界最高の制限を与える」ことを達成しており、研究は順調に進展した、と言える。