Search for Supernova Relic Neutrinos using a large water Cherenkov detector

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大質量の恒星はその一生の最後に超新星爆発を起こす。その際、爆発の99%以上のエネルギーはニュートリノによって宇宙空間にばらまかれる。宇宙に最初の星ができて以来、超新星爆発は約1秒に1回の頻度で絶えず起きており、その都度ニュートリノが宇宙にまき散らされる。このニュートリノは超新星背景ニュートリノ(SRN)と呼ばれ、世界中で探索が進められているが、未だ発見には至っていない。世界最大のニュートリノ検出器スーパーカミオカンデ(SK)でSRNを発見するのが本研究の目的である。2021年度の成果としては、まず、２０２０年夏に始まったSK-Gd実験で期待通りの検出器性能を発揮していることを確認したことである。特に放射線源（AmBe）を用いた検出器較正により、中性子の検出効率を高精度で導出した。その後も検出器は安定して稼働している。本研究ではSKのデータ解析に加え、加速器を用いた素粒子・原子核反応の精密測定で、SRN発見に最も重要な大気ニュートリノによる背景事象の理解を進める。大気ニュートリノ反応の中でも、ニュートリノと水中の酸素原子核との中性カレント準弾性散乱(NCQE)と呼ばれる反応がSRNによる反応と全く区別がつかないため、この反応を精密に理解することが鍵となる。そこでNCQE 反応を、素性のよくわかったニュートリノビームを同じSK検出器で捉えるT2K実験で測定する。ここでT2K実験における NCQE反応の精度を上げるために、ニュートリノビームの不定性を削減する NA61/SHINE実験と、酸素原子核と核子とのビーム実験を行う。前者では、我々が提案した実験が正式に採用され、一度は延期されたが、2022年度の夏に実施されることが決定した。後者では、理化学研究所の RIBF を用いた全く新たな実験を実施すべく、関係する研究者と議論を開始した。