スーパーカミオカンデにおける超新星背景ニュートリノ探索

超级神冈探测器中的超新星背景中微子搜索

基本信息

批准号：
20J20189
负责人：
原田将之
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

超新星爆発由来のニュートリノを観測することは超新星爆発機構の理解のために必要不可欠となっており、このニュートリノを観測するための有用な手段として超新星背景ニュートリノ(SRN)が挙げられている。SRNは宇宙初期から起きてきた超新星爆発ニュートリノの重ね合わせであり、そのフラックスは爆発の頻度などに依存するため、爆発機構のみならず、宇宙が誕生してからの恒星進化の歴史への理解が格段に進むと考えられる。そこで現在スーパーカミオカンデ(SK)実験では検出器にガドリニウムを導入しSRNの反応で生成される中性子の検出効率を向上させる新実験(SK-Gd)が開始された。SRN信号は中性子を伴うため検出効率が向上すると考えられ、また、中性子を生成しないバックグラウンドについては大きく削減できると期待される。現在は質量濃度0.011%のGdをSKに導入しており、2022年度にはさらにGdを追加し、0.03%での観測が始まった。2022年度には、0.011%Gd濃度での中性子線源測定の結果から中性子同定効率とその不定性をまとめ、国際会議で報告した。また、後半には0.011%Gd濃度の観測データを用いたSRN探索を行った。その際には物理解析経験を多く持つ共同研究者との打ち合わせを密に行い、解析フレームワークの構築を行なった。結果からの考察の際には超新星理論を専門としている研究者の方と直接議論し、結果から導き出せる物理について理解を深めることができた。この結果について、研究会や日本物理学会で報告し、2023年度には国際会議での発表、また論文執筆を考えている。

观测源自超新星爆炸的中微子对于理解超新星爆炸的机制至关重要，超新星背景中微子（SRN）被认为是观测这些中微子的有用手段。 SRN是自宇宙诞生以来就出现的超新星中微子的叠加，其通量取决于爆炸频率，因此不仅难以理解爆炸机制，而且难以理解自宇宙诞生以来恒星演化的历史。人们认为它将取得重大进展。因此，超级神冈（SK）实验中开始了一项新的实验（SK-Gd），将钆引入探测器中，以提高对SRN反应产生的中子的探测效率。由于SRN信号涉及中子，因此检测效率被认为会提高，并且还有望显着减少不产生中子的背景。目前，SK中引入质量浓度为0.011%的Gd，2022财年将添加更多Gd，并开始0.03%的观测。 2022年，我们根据0.011%Gd浓度下的中子源测量结果总结了中子识别效率及其不确定度，并在国际会议上报告。此外，下半年，我们使用0.011%Gd浓度的观测数据进行了SRN搜索。当时，我们与具有丰富物理分析经验的合作研究人员进行了密切的会议，并构建了分析框架。在考虑结果时，我们与专门研究超新星理论的研究人员进行了直接讨论，并且能够加深我们对从结果中得出的物理学的理解。我们将在研究会议和日本物理学会上报告我们的成果，并计划在 2023 年在国际会议上展示并撰写论文。