世界最高精度での地球ニュートリノ観測によるマントル対流構造の解明

通过世界最高精度的地中微子观测阐明地幔对流结构

基本信息

批准号：
22KJ0258
负责人：
川田七海
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当初の研究計画を概ね遂行した。以下に、研究計画に記載した各項目について状況を記述する。(i) 原子炉ニュートリノ不定性の削減: 原子炉ニュートリノ異常を解決する第一原理計算を試みたところ、単寿命核種の崩壊過程におけるエネルギー準位の不定性(パンデモニウム効果)があることにより、第一原理的に正確な原子炉ニュートリノ計算が殆ど不可能であることが判明した。そこで、短距離原子炉ニュートリノ観測実験DayaBayの観測スペクトルをKamLANDにおけるスペクトルに変換することで対応した。また、低原子炉期間に相対的に寄与が大きくなる国外の原子炉について、IAEAの報告書をもとに網羅的に見積もり、系統誤差を削減した。(ii) 検出器の経年劣化による不定性の削減: 検出器の経時変化を緩和する信号増幅器の導入を進め、現在でも進行中である。また、検出器の応答変化をパラメータ化し観測される物理パラメータに補正をかけることで、地球ニュートリノ観測データセットに検出器経時変化の影響が及ぶことのないようにした。(iii) 地球ニュートリノフラックス、スペクトルの評価; 地球モデルの検証: 約20年分の観測データを用いて地球ニュートリノフラックス、スペクトルを評価した。KamLAND観測結果との比較から、地震波観測結果に基づいてマントル一層対流構造と比較的多くの放射化熱量を主張するHigh-Qモデルを棄却した。このことから、マントルが複数層の対流構造を持つことについて、初めて直接的な示唆を得た。この成果は学術誌Geophysical Research Letters, Volume 49, Issue 16にて報告した。また、関連する地球科学/素粒子物理学の学会においても成果を報告した。現在は地球ニュートリノ観測精度の更なる向上やKamLAND実験の将来計画に向けた新たな研究開発に着手している。

原始研究计划通常是进行的。下面的情况描述了研究计划中列出的每个项目。（i）降低反应堆中微子不确定性：当我们尝试第一原理计算以求解反应堆中微子异常时，我们发现，由于单寿命核素的崩溃过程，能量水平不确定（pandemonium效应）的不确定，准确的第一原则计算是不可能的。因此，我们通过将观察到的短距离反应器中微子观测实验Dayabay转换为Kamland频谱的响应。此外，根据IAEA报告，我们全面估计了在海外对低反应堆时期贡献相对较大贡献的反应堆，从而减少了系统错误。（ii）由于检测器的老化而导致的不确定性的降低：引入信号放大器以减少检测器的时间变化。此外，通过将检测器响应的变化进行参数化并将校正应用于观察到的物理参数，地球中微子观察数据集不会影响检测器基于时间的变化。（iii）评估地球中微子通量和光谱；地球模型的验证：使用大约20年的观察数据评估了地球中微子通量和光谱。根据Kamland的结果，我们拒绝了High-Q模型，该模型声称基于地震波观测结果，它声称是地幔层对流结构和相对较大的能量热。这为我们提供了第一个直接建议，即地幔具有多层对流结构。该结果在《学术杂志地球物理研究信》第49卷，第16期中报道。目前，他们正在开始新的研发，以进一步提高地球中微子观察的准确性，并计划为Kamland实验的未来计划。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Lawrence Berkeley National Laboratory/Massachusetts Institute of Technology/Triangle Universities Nuclear Laboratory(米国)

劳伦斯伯克利国家实验室/麻省理工学院/三角大学核实验室（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

KamLANDによる地球ニュートリノ観測結果の報告

KamLAND 地中微子观测结果报告

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
川田七海;他KamLANDコラボレーション
通讯作者：
他KamLANDコラボレーション

Report on the measurement of geoneutrinos by KamLAND in the reactor-off period in Japan

日本反应堆停堆期间 KamLAND 测量中微子的报告

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nanami Kawada and the KamLAND collaboration;Abe S. et al.;Nanami Kawada
通讯作者：
Nanami Kawada

Abundances of Uranium and Thorium Elements in Earth Estimated by Geoneutrino Spectroscopy

DOI：
10.1029/2022gl099566
发表时间：
2022-05
期刊：
Geophysical Research Letters
影响因子：
5.2
作者：
S. Abe;S. Asami;M. Eizuka;S. Futagi;A. Gando;Y. Gando;T. Gima;A. Goto;T. Hachiya;K. Hata;K. Hosokawa;K. Ichimura;S. Ieki;H. Ikeda;K. Inoue;K. Ishidoshiro;Y. Kamei;N. Kawada;Y. Kishimoto;M. Koga;M. Kurasawa;N. Maemura;T. Mitsui;H. Miyake;T. Nakahata;K. Nakamura;R. Nakamura;H. Ozaki;T. Sakai;H. Sambonsugi;I. Shimizu;Y. Shirahata;J. Shirai;K. Shiraishi;A. Suzuki;Y. Suzuki;A. Takeuchi;K. Tamae;H. Watanabe;Y. Yoshida;Shuhei Obara;A. Ichikawa;S. Yoshida;S. Umehara;K. Fushimi;K. Kotera;Y. Urano;B. Berger;B. Fujikawa;J. Learned;J. Maricic;S. Axani;Z. Fu;J. Smolsky;L. Winslow;Y. Efremenko;H. Karwowski;D. Markoff;W. Tornow;A. Li;J. Detwiler;S. Enomoto;M. Decowski;C. Grant;H. Song;T. O’Donnell;S. Dell’Oro
通讯作者：
S. Abe;S. Asami;M. Eizuka;S. Futagi;A. Gando;Y. Gando;T. Gima;A. Goto;T. Hachiya;K. Hata;K. Hosokawa;K. Ichimura;S. Ieki;H. Ikeda;K. Inoue;K. Ishidoshiro;Y. Kamei;N. Kawada;Y. Kishimoto;M. Koga;M. Kurasawa;N. Maemura;T. Mitsui;H. Miyake;T. Nakahata;K. Nakamura;R. Nakamura;H. Ozaki;T. Sakai;H. Sambonsugi;I. Shimizu;Y. Shirahata;J. Shirai;K. Shiraishi;A. Suzuki;Y. Suzuki;A. Takeuchi;K. Tamae;H. Watanabe;Y. Yoshida;Shuhei Obara;A. Ichikawa;S. Yoshida;S. Umehara;K. Fushimi;K. Kotera;Y. Urano;B. Berger;B. Fujikawa;J. Learned;J. Maricic;S. Axani;Z. Fu;J. Smolsky;L. Winslow;Y. Efremenko;H. Karwowski;D. Markoff;W. Tornow;A. Li;J. Detwiler;S. Enomoto;M. Decowski;C. Grant;H. Song;T. O’Donnell;S. Dell’Oro

Nikhef and the University of Amsterdam(オランダ)

Nikhef 和阿姆斯特丹大学（荷兰）