太陽ニュートリノ精密観測に向けた次世代超大型水チェレンコフ検出器用集光装置の開発

开发下一代超大水切伦科夫探测器聚光器，用于精确观测太阳中微子

• 批准号: 20K03986
• 负责人: 矢野 孝臣
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03986/
• 关键词: 水チェレンコフ検出機; ニュートリノ; 水チェレンコフ検出器; 検出器

本研究は、次世代超大型水チェレンコフ検出器による太陽ニュートリノの観測感度向上を最終目的とし、検出器の性能向上のための集光装置を開発を行うことを 目的としています。水チェレンコフ検出器では、ニュートリノ検出の標的になる純水をタンクにおさめ、その周りを囲うように光センサーをタンク壁面に設置し ます。ニュートリノが反応して生じる荷電粒子は水中でチェレンコフ発光をおこし、この光を光センサーで捉えることでニュートリノを観測します。この光は太 陽ニュートリノの場合で光子数十個と大変微弱であるために、光センサーに集光装置を設置することで検出器全体の性能を向上させることが可能です。本研究で は、集光装置として円錐を切り出した形のミラーを光センサーの周囲を囲うように設置することで性能の向上を目指します。本年度は昨年度に引き続き、1. 形状の設計・2. 素材の選定・3. 製造(手法の調査)について研究を行いました。昨年度新たに検証した誘電体多層膜については、集光ミラーのための柔軟な形成を安価に行うことが困難であることが判明しました。また、これらの結果をふまえ、研究計画にある4. 集光装置実機による性能の検証に向けた準備を行いました。昨年度導入した光学シミュレーションROBAST、高エネルギー実験で広く用いられるシミュレーションGeant4を用いた結果と、実験的に得た集光率を比較することで、集光ミラーの性能評価を行います。計画の最終年度となる令和四年度については、上記の研究を引き続き行い発展させる予定です。

这项研究的最终目标是利用下一代超大水切伦科夫探测器提高太阳中微子的观测灵敏度，并开发聚光器以提高探测器的性能。在水切伦科夫探测器中，作为中微子探测目标的纯水被放置在水箱中，并在水箱壁上安装光学传感器以包围它。中微子反应产生的带电粒子在水中引起切伦科夫光发射，通过用光学传感器捕获该光来观察中微子。对于太阳中微子，这种光非常弱，仅由几十个光子组成，因此通过在光学传感器中安装聚光器，可以提高探测器的整体性能。在这项研究中，我们的目标是通过在光学传感器周围安装锥形镜作为聚光装置来提高性能。今年，继去年的基础上，我们对1.形状设计、2.材料选择、3.制造（方法研究）进行了研究。对于去年新测试的介质多层膜，发现很难以低成本形成聚焦镜的柔性结构。另外，基于这些结果，我们为研究计划中的4.实际聚光装置的性能验证做了准备。我们将通过将实验获得的光聚焦率与去年推出的光学模拟ROBAST和广泛应用于高能实验的模拟Geant4的结果进行比较来评估聚焦镜的性能。 2020年，即该计划的最后一年，我们计划继续并开展上述研究。

项目成果

Hyper-Kamiokandeにおける集光ミラーの開発と事象再構成の改善

Hyper-Kamiokande聚焦镜的开发和事件重建的改进

• 发表时间: 2020
• 作者: 長尾芳樹; 矢野孝臣; 清水格; 塩澤真人; 西村康宏; 他ハイパーカミオカンデコラボレーション
• 通讯作者: 他ハイパーカミオカンデコラボレーション

Hyper-Kamiokandeにおける集光ミラーの開発と事象再構成の改善

Hyper-Kamiokande聚焦镜的开发和事件重建的改进

• 发表时间: 2020
• 作者: 長尾芳樹; 矢野孝臣; 清水格; 塩澤真人; 西村康宏; 他ハイパーカミオカンデコラボレーション
• 通讯作者: 他ハイパーカミオカンデコラボレーション