スーパーカミオカンデにおける反電子ニュートリノを用いた宇宙素粒子の探究

点击翻译按钮获取中文摘要

超新星背景ニュートリノ(SRN)解析のエネルギー領域(16～80MeV)のうち低い領域(<20MeV)における主なバックグラウンド(BG)は宇宙線ミューオンによる核破砕事象と大気ニュートリノ中性カレント(NC)反応から生じる原子核脱励起ガンマ線であるが、後者は^160原子核に対するNCの断面積と残存原子核の脱励起ガンマ線のスペクトルの双方の不定性のために、モンテカルロ(MC)シミュレーションのみに頼った見積もりには限界がある。本研究では長基線ニュートリノ振動実験であるT2K(Tokai to Kamioka)実験が大気ニュートリノの典型的なエネルギーとほぼ同じエネルギー(～600MeV)の人工ニュートリノを用いていることに着目し、SKで見えているはずのT2Kビーム起源の低エネルギー(<30MeV)事象を探索した。BGを可能な限り除去した結果、計20のT2Kビーム起源の低エネルギー事象を同定することができた。系統誤差の評価を行った後、同解析結果を用いて、SRN探索における大気ニュートリノ起源バックグラウンドの見積もりを行った。その結果、T2Kの統計目標相当のデータを用いれば、バックグラウンドの精度良い差引きが可能となり、最終的にはガドリニウムを入れたSKにおいて3σ以上でSRNシグナルを発見できることを示した。また一方で、NC事象の観測事象を基にステライルニュートリノ探索も行い、T2K実験で将来的に予想される感度を見積もった。本研究では上記の研究の他に、大統一理論が予言する磁気単極子の探索のためのシミュレーションの改良も行った。得られた上限値は地上実験としては世界最高感度であり、結果をまとめた論文を物理誌に投稿した。