Construction of n-O Reaction Model and Search for Supernova Relic Neutrinos in the Super-Kamiokande

超级神冈探测器中n-O反应模型的构建及超新星遗迹中微子的搜寻

基本信息

批准号：
22KJ2301
负责人：
酒井聖矢
金额：
$ 1.41万
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：
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

超新星背景ニュートリノ（SRN）に対する感度を高めるため、スーパーカミオカンデ（SK）の検出器内にさらにガドリニウム（Gd）を導入し、質量濃度を0.011%から0.03%まで上げた。私はこのGd導入作業に主要メンバーとして参加し、現地の研究者や業者の方々と積極的に意見交換しながら円滑に作業を進めた。結果、前回とほぼ同じ作業時間で前回の約2倍のGd導入を達成できた。また、大気ニュートリノシミュレーションで発生する中性子の個数が観測データよりも多いことが分かっていたが、その原因がニュートリノ-原子核反応なのか、その二次反応である核子-原子核反応なのかが分かっていなかった。そこで、核子-原子核反応モデルの違いによる発生中性子数の変化を調べた。結果、現在SKの検出器モンテカルロシミュレーション（MC）で使用中の核子-原子核反応モデルでは他のモデルと比べて発生中性子数が多いことが分かった。また、発生中性子数の少ない核子-原子核反応モデルを使ってもT2K実験の結果を再現できないことを示唆し、ニュートリノ-原子核反応モデルも見直す必要があることを指摘した。これらの結果および考察を国内外での会議やSK実験グループの全体会議で報告した。さらに、SRN探索の主な背景事象である大気ニュートリノの中性カレント準弾性散乱反応において、現在SKのMCで使用中の核子-原子核反応モデルでは脱励起ガンマ線も多く発生することが分かり、より精密な物理モデルをMCに導入することの重要性を指摘した。これらの結果および考察を国内会議やSK実験グループの会議で報告した。

为了提高对超新星背景中微子 (SRN) 的灵敏度，Super-Kamiokande (SK) 探测器中引入了更多的钆 (Gd)，将质量浓度从 0.011% 提高到 0.03%。我作为骨干成员参与了本次Gd引进工作，并积极与当地研究人员和承包商交换意见，确保工作顺利进行。结果，我们能够以几乎相同的工作时间实现大约两倍于上次的 Gd 引入。此外，虽然已知大气中微子模拟中产生的中子数量高于观测数据，但尚不清楚其原因是中微子-核反应还是其次级反应——核子-核反应。因此，我们研究了由于核子-核反应模型的差异而产生的中子数量的变化。结果表明，目前SK探测器蒙特卡罗模拟（MC）中使用的核子-核反应模型比其他模型产生更多的中子。他还提出，即使使用生成中子数量较少的核子-核反应模型也无法重现T2K实验的结果，并指出中微子-核反应模型也需要重新审视。这些结果和讨论在国内和国际会议以及SK实验组的全体会议上进行了报告。此外，在SRN搜索的主要背景现象——大气中微子的中性流准弹性散射反应中，发现SK的MC目前使用的核子-核反应模型会产生许多去激发的伽马射线，使其成为可能。他指出了在MC中引入物理模型的重要性。这些结果和讨论在国内会议和SK实验组会议上都有报道。