スーパーカミオカンデにおける新たな事象再構成アルゴリズムの開発による陽子崩壊探索

通过开发新的事件重建算法在超级神冈中进行质子衰变搜索

基本信息

批准号：
21J20623
负责人：
小川夏実
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J20623/
关键词：
陽子崩壊

项目摘要

大統一理論の検証のためには陽子崩壊の事象の観測が極めて重要となると考えられている。本研究ではスーパーカミオカンデにおいて、有力な理論において提唱されている「p→e^+/μ^+η, η→2γ」、「p→e^+/μ^+η, η→3π^0」モードで崩壊する陽子崩壊事象の解析を進めた。この崩壊様式の解析を行った先行する研究において、η中間子と原子核との相互作用の見積もりの不定性が系統誤差の主要因であった。この系統誤差を減らすべく、私は近年電子加速器において行われたη中間子光生成実験、及びη中間子の核子吸収反応実験により得られた反応断面積測定の結果を元に、η中間子と核子の相互作用断面積を推定し、改めて系統誤差の再評価を目指した。過去２年に渡って反応断面積の再評価手法確立し、本研究はその手法を本解析で用いるモンテカルロシミュレーション事象に適用したものである。この結果、陽子崩壊事象の検出効率の系統誤差は約30%から約10%へと低減することができた。また相互作用反応断面積の見直しにより、検出効率もまた先行研究と比較して約20%向上した。同時に未解析のスーパーカミオカンデの約４年間の観測データを含める、計２３年間の実データの再解析を行い、陽子崩壊事象を探索した。解析の結果、陽子崩壊事象の候補は観測されなかった。以上の解析結果と改善した陽子崩壊事象シミュレーションより推定した系統誤差・検出効率の値を用いて「p→e^+η」、「p→μ^+η」モードで崩壊する場合の陽子の寿命の下限値を計算したところ、下限値はそれぞれ1.4×10^34年、7.3 ×10^33年と推定され、世界で最も厳しい制限を与える結果となった。

质子衰变事件的观测被认为对于验证大统一理论极其重要。本研究中，Super-Kamiokande采用了流行理论中提出的“p→e^+/μ^+η, η→2γ”和“p→e^+/μ^+η, η→3π^0”我们继续分析以模式衰变的质子衰变事件。在之前分析这种衰变模式的研究中，η介子与原子核之间相互作用估计的不确定性是系统误差的主要原因。为了减少这种系统误差，我根据近年来在电子加速器上进行的η介子光生实验和η介子核吸收反应实验获得的反应截面测量结果，研究了η介子与核子之间的相互作用。估计作用的横截面并重新评估系统误差。在过去的两年里，我们建立了一种重新评估反应截面的方法，本研究将该方法应用于本次分析中使用的蒙特卡罗模拟事件。结果，质子衰变事件检测效率的系统误差从约30%减少到约10%。此外，通过回顾相互作用反应截面，检测效率也比之前的研究提高了约20%。同时，重新分析了总共23年的实际数据，包括来自超级神冈探测器约4年未分析的观测数据，以寻找质子衰变事件。分析的结果是，没有观察到质子衰变事件的候选者。利用上述分析结果以及改进的质子衰变事件模拟估算出的系统误差和探测效率值，得出质子在“p→e^+η”和“p→μ^+η”模式下衰变时的寿命在计算下限值时，估计下限值分别为1.4×10^34年和7.3×10^33年，造成了世界上最严格的限制。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Neutron-antineutron oscillation search using a 0.37 megaton-years exposure of Super-Kamiokande

DOI：
10.1103/physrevd.103.012008
发表时间：
2021-01
期刊：
Physical Review D
影响因子：
5
作者：
K. Abe;C. Bronner;Y. Hayato;M. Ikeda;S. Imaizumi;H. Ito;J. Kameda;Y. Kataoka;M. Miura;S. Moriyama;Y. Nagao;M. Nakahata;Y. Nakajima;S. Nakayama;T. Okada;K. Okamoto;A. Orii;G. Pronost;H. Sekiya;M. Shiozawa;Y. Sonoda;Y. Suzuki;A. Takeda;Y. Takemoto;A. Takenaka;H. Tanaka;T. Yano;R. Akutsu;S. Han;T. Kajita;K. Okumura;T. Tashiro;R. Wang;J. Xia;D. Bravo-Berguño;L. Labarga;L. Marti;B. Zaldivar;F. Blaszczyk;E. Kearns;J. Gustafson;J. Raaf;J. Stone;L. Wan;T. Wester;J. Bian;N. J. Griskevich;W. Kropp;S. Locke;S. Mine;M. Smy;H. Sobel;V. Takhistov;P. Weatherly;J. Hill;J. Y. Kim-J. Y.-Kim-2110622921;I. Lim;R. Park;B. Bodur;K. Scholberg;C. Walter;A. Coffani;O. Drapier;S. El Hedri;A. Giampaolo;M. Gonin;T. Mueller;P. Paganini;B. Quilain;T. Ishizuka;T. Nakamura;J. Jang;J. Learned;L. Anthony;A. Sztuc;Y. Uchida;V. Berardi;M. Catanesi;E. Radicioni;N. Calabria;L. Machado;G. De Rosa;G. Collazuol;F. Iacob;M. Lamoureux;N. Ospina;L. Ludovici;Y. Nishimura;S. Cao;M. Friend;T. Hasegawa;T. Ishida;T. Kobayashi;T. Matsubara;T. Nakadaira;M. Jakkapu;K. Nakamura;Y. Oyama;K. Sakashita;T. Sekiguchi;T. Tsukamoto;Y. Nakano;T. Shiozawa;A. Suzuki;Y. Takeuchi;S. Yamamoto;A. Ali;Y. Ashida;J. Feng;S. Hirota;A. Ichikawa;T. Kikawa;M. Mori;T. Nakaya;R. Wendell;K. Yasutome;P. Fernandez;N. McCauley;P. Mehta;A. Pritchard;K. Tsui;Y. Fukuda;Y. Itow;H. Menjo;T. Niwa;K. Sato;M. Tsukada;P. Mijakowski;M. Posiadala-Zezula;C. Jung;C. Vilela;M. Wilking;C. Yanagisawa;M. Harada;K. Hagiwara;T. Horai;H. Ishino;S. Ito;Y. Koshio;W. Ma;N. Piplani;S. Sakai;Y. Kuno;G. Barr;D. Barrow;L. Cook;A. Goldsack;S. Samani;C. Simpson;D. Wark;F. Nova;T. Boschi;F. Di Lodovico;S. Molina Sedgwick;M. Taani;S. Zsoldos;J. Y. Yang-J. Y.-Yang-2124818644;S. Jenkins;J. McElwee;M. Thiesse;L. Thompson;M. Malek;O. Stone;H. Okazawa;S. B. Kim-S. B.-Kim-2109632697;I. Yu;K. Nishijima;M. Koshiba;N. Ogawa;K. Iwamoto;M. Yokoyama;K. Martens;M. Vagins;M. Kuze;S. Izumiyama;M. Tanaka;T. Yoshida;M. Inomoto;M. Ishitsuka;R. Matsumoto;K. Ohta;M. Shinoki;J. F. Martin-J. F.-Martin-2110018099;H. A. Tanaka-H. A.-Tanaka-1390470446;T. Towstego;M. Hartz;A. Konaka;P. de Perio;N. Prouse;B. Pointon;S. Chen;B. D. Xu-B. D.-Xu-2258291899;B. Richards;B. Jamieson;J. Walker;A. Minamino;G. Pintaudi;R. Sasaki
通讯作者：
K. Abe;C. Bronner;Y. Hayato;M. Ikeda;S. Imaizumi;H. Ito;J. Kameda;Y. Kataoka;M. Miura;S. Moriyama;Y. Nagao;M. Nakahata;Y. Nakajima;S. Nakayama;T. Okada;K. Okamoto;A. Orii;G. Pronost;H. Sekiya;M. Shiozawa;Y. Sonoda;Y. Suzuki;A. Takeda;Y. Takemoto;A. Takenaka;H. Tanaka;T. Yano;R. Akutsu;S. Han;T. Kajita;K. Okumura;T. Tashiro;R. Wang;J. Xia;D. Bravo-Berguño;L. Labarga;L. Marti;B. Zaldivar;F. Blaszczyk;E. Kearns;J. Gustafson;J. Raaf;J. Stone;L. Wan;T. Wester;J. Bian;N. J. Griskevich;W. Kropp;S. Locke;S. Mine;M. Smy;H. Sobel;V. Takhistov;P. Weatherly;J. Hill;J. Y. Kim-J. Y.-Kim-2110622921;I. Lim;R. Park;B. Bodur;K. Scholberg;C. Walter;A. Coffani;O. Drapier;S. El Hedri;A. Giampaolo;M. Gonin;T. Mueller;P. Paganini;B. Quilain;T. Ishizuka;T. Nakamura;J. Jang;J. Learned;L. Anthony;A. Sztuc;Y. Uchida;V. Berardi;M. Catanesi;E. Radicioni;N. Calabria;L. Machado;G. De Rosa;G. Collazuol;F. Iacob;M. Lamoureux;N. Ospina;L. Ludovici;Y. Nishimura;S. Cao;M. Friend;T. Hasegawa;T. Ishida;T. Kobayashi;T. Matsubara;T. Nakadaira;M. Jakkapu;K. Nakamura;Y. Oyama;K. Sakashita;T. Sekiguchi;T. Tsukamoto;Y. Nakano;T. Shiozawa;A. Suzuki;Y. Takeuchi;S. Yamamoto;A. Ali;Y. Ashida;J. Feng;S. Hirota;A. Ichikawa;T. Kikawa;M. Mori;T. Nakaya;R. Wendell;K. Yasutome;P. Fernandez;N. McCauley;P. Mehta;A. Pritchard;K. Tsui;Y. Fukuda;Y. Itow;H. Menjo;T. Niwa;K. Sato;M. Tsukada;P. Mijakowski;M. Posiadala-Zezula;C. Jung;C. Vilela;M. Wilking;C. Yanagisawa;M. Harada;K. Hagiwara;T. Horai;H. Ishino;S. Ito;Y. Koshio;W. Ma;N. Piplani;S. Sakai;Y. Kuno;G. Barr;D. Barrow;L. Cook;A. Goldsack;S. Samani;C. Simpson;D. Wark;F. Nova;T. Boschi;F. Di Lodovico;S. Molina Sedgwick;M. Taani;S. Zsoldos;J. Y. Yang-J. Y.-Yang-2124818644;S. Jenkins;J. McElwee;M. Thiesse;L. Thompson;M. Malek;O. Stone;H. Okazawa;S. B. Kim-S. B.-Kim-2109632697;I. Yu;K. Nishijima;M. Koshiba;N. Ogawa;K. Iwamoto;M. Yokoyama;K. Martens;M. Vagins;M. Kuze;S. Izumiyama;M. Tanaka;T. Yoshida;M. Inomoto;M. Ishitsuka;R. Matsumoto;K. Ohta;M. Shinoki;J. F. Martin-J. F.-Martin-2110018099;H. A. Tanaka-H. A.-Tanaka-1390470446;T. Towstego;M. Hartz;A. Konaka;P. de Perio;N. Prouse;B. Pointon;S. Chen;B. D. Xu-B. D.-Xu-2258291899;B. Richards;B. Jamieson;J. Walker;A. Minamino;G. Pintaudi;R. Sasaki

Tsinghua University(中国)

清华大学（中国）