ニュートリノの質量逆階層構造領域におけるマヨラナ性検証

中微子质量逆层次结构区域马约拉纳性质的验证

• 批准号: 18J10498
• 负责人: 蜂谷 尊彦
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10498/
• 关键词: ニュートリノ; 二重ベータ崩壊; マヨラナ性; 液体シンチレータ; マヨラナニュートリノ; 極低放射能

本研究の目的はニュートリノが粒子＝反粒子という性質(マヨラナ性)をもつかどうかを検証することである。マヨラナ性の証拠となる現象がニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0nbb崩壊)であり、本研究ではキセノン136の0nbb崩壊を探索する。この実験を KamLAND-Zen 800実験(KLZ800)と呼ぶ。今年度の主な成果は次の3つである: (1)KLZ800の結果を公表した、(2)炭素10崩壊事象の除去に成功した、(3)新たなバックグラウンド源を特定した。(1)KLZ800の初めの133日分の観測データを解析した結果を公表した。KLZ800ではキセノン溶解液体シンチレータ(XeLS)を格納する容器の低バックグラウンド化に成功したため、先行研究KamLAND-Zen 400(KLZ400)と比較して有効体積を約4倍にできた。観測日数はKLZ400の約1/4であるが、KLZ800の観測データは既にKLZ400と同等の0nbb崩壊探索感度を持つことを示した。(2)炭素10の崩壊事象は0nbb崩壊事象のバックグラウンドとなる。炭素10は宇宙線ミューオンがXeLS中の炭素12を破砕することで生成する。KLZ400では炭素10と同時に生成される中性子との相関を利用して炭素10崩壊事象を除去していたが、本研究では新手法としてミューオンが作るシャワーとの相関を利用する方法を開発した。従来手法と新手法の組み合わせ方についても最適化を行い、本研究の目標感度(マヨラナ有効質量50―20 meV)への到達に必要な除去性能を達成した。(3)炭素10崩壊事象の徹底除去を実現したことで、0nbb崩壊事象のバックグラウンドについて理解が進んだ。シミュレーション等を用いた調査により、キセノンが宇宙線ミューオンによって破砕されて生成される不安定核が主要なバックグラウンド源であることを突き止めた。

这项研究的目的是验证中微子是否具有颗粒=反粒子的特性（Mayorana性质）。 Majorana中明显的现象是没有中微子（0NBB衰减）的双β衰减，在这项研究中，我们探索了Xenon 136的0NBB衰变。该实验称为Kamland-Zen 800实验（KLZ800）。今年的三个主要结果是：（1）为KLZ800的发布结果，（2）成功删除了碳10衰减事件，以及（3）识别新的背景来源。 （1）分析来自KLZ800的观察数据的前133天的结果。 KLZ800能够成功减少存储Xenon溶解液闪光灯（XELS）的容器的背景，并且有效体积比以前的Kamland-Zen 400（KLZ400）的研究高约四倍。观察日的数量约为KLZ400的观察日数，但是KLZ800的观察数据已经表明，它具有与KLZ400相当于的0NBB衰减搜索敏感性。 （2）碳10衰减事件提供了0NBB衰减事件的背景。碳10由Xels中的Cosmic Ray Muons粉碎碳12产生。 KLZ400使用同时生产的碳10与中子之间的相关性，以消除碳10衰减事件，但是在这项研究中，我们开发了一种使用与Muons产生的淋浴相关的新方法。还优化了常规方法和新方法的组合，以实现达到这项研究目标灵敏度所需的去除性能（Majorana有效质量50-20 MEV）。 （3）彻底清除碳10衰减事件已使人们对0NBB衰减事件的背景有了改善的了解。通过使用模拟的调查，我们发现宇宙射线MUONS对XENON产生的不稳定核是背景的主要来源。

项目成果

KamLAND-Zen 800：検出器製作の現状

KamLAND-Zen 800：探测器生产现状

• 发表时间: 2019
• 作者: 細川佳志;他KamLAND-Zen collaboration
• 通讯作者: 他KamLAND-Zen collaboration

KamLAND-Zen 800：背景事象の調査と感度見積もり

KamLAND-Zen 800：背景事件调查和敏感性估计

• 发表时间: 2019
• 作者: 尾崎秀義;他KamLAND-Zen Collaboration
• 通讯作者: 他KamLAND-Zen Collaboration

First result of KamLAND-Zen 800

KamLAND-Zen 800 的第一个结果

• 发表时间: 2019
• 作者: 蜂谷尊彦;他 KamLAND-Zen collaboration;辻 由依・青木 俊太郎・坂野 雄二;Takahiko Hachiya for the KamLAND collaboration;辻 由依，入江 智也，河村 麻果，坂野 雄二;Yoshihito Gando on behalf of the KamLAND-Zen collaboration
• 通讯作者: Yoshihito Gando on behalf of the KamLAND-Zen collaboration

KamLAND-Zen 800：宇宙線ミューオンによる核破砕と崩壊系列についての研究

KamLAND-Zen 800：宇宙射线μ子核散裂和衰变序列研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 家城斉;他KamLAND-Zen collaboration
• 通讯作者: 他KamLAND-Zen collaboration

Inner balloon production for KamLAND-Zen 800

KamLAND-Zen 800 的内气球生产

• DOI: 10.1088/1742-6596/1468/1/012145
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: A. Gando;Y. Gando;T. Hachiya;S. Hayashida;K. Hosokawa;H. Ikeda;S. Obara;H. Ozaki;K. Ueshima and H. Watanabe for the KamLAND-Zen Collaboration
• 通讯作者: K. Ueshima and H. Watanabe for the KamLAND-Zen Collaboration