マヨラナニュートリノ質量検証のためのキセノン二重ベータ崩壊実験の高感度化

提高马约拉纳中微子质量验证的氙双贝塔衰变实验的灵敏度

基本信息

批准号：
22H00125
负责人：
清水格
金额：
$ 26.12万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00125/
关键词：
ニュートリノ素粒子実験実験核物理

项目摘要

検出器の極低放射線環境と拡張性において非常に優れた性能を発揮し、世界の実験を大きくリードするKamLAND-Zen実験では、約750 kgの同位体濃縮Xeを液体シンチレータに溶かし込み、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊探索によってマヨラナ質量の高感度検証を行う。現行の検出器の性能では検出感度はバックグラウンド源となる宇宙線ミューオン起源の長寿命核と通常の二重ベータ崩壊によって制限されてしまう。本研究では、検出感度のさらなる改善のためシンチレーション光撮像装置を利用したガンマ線事象識別と多重中性子タグの改良によるバックグラウンド削減を実現する。本研究において新しい低バックグラウンド化技術が確立した場合、将来検出器の高性能化を計画するKamLAND2-Zenによって、有効質量（> 20 meV）までの検証による質量階層構造の解明が期待できる。本年度は、撮像用ミラーの開発と位置分解能の評価を行う。ミラーは乱反射の寄与を抑えるため、鏡面処理によって蒸着面をできるだけ平滑にする。さらに、蒸着後のミラー表面には耐油性のある保護コーティングを行い、液体シンチレータ中における光反射性能の長期安定性を保証する。位置分解能はLED点光源の測定によって確認し、問題があれば製作過程に修正を加える。以上のように研究を進めていたが、本研究を拡張した基盤研究（S）が採択されたため、この基盤研究（A）としての研究課題は終了となった。

KamLAND-Zen 实验通过在极低辐射环境下展示极其优越的性能和探测器的可扩展性，在世界领先的实验中，将约 750 千克同位素富集 Xe 溶解在液体闪烁体中以发射中微子。通过寻找无伴奏双贝塔衰变对马约拉纳质量进行高度灵敏的验证。就目前的探测器性能而言，探测灵敏度受到宇宙射线μ子起源的长寿命原子核和正常双β衰变（它们是背景源）的限制。在这项研究中，为了进一步提高探测灵敏度，我们将使用闪烁光学成像仪识别伽马射线事件，并通过改进多个中子标签来减少背景。如果本研究建立新的低本底技术，预计未来计划提高探测器性能的KamLAND2-Zen将能够通过验证有效质量来阐明质量分级结构。 (> 20 meV)。今年，我们将开发一种成像镜并评估其位置分辨率。为了抑制漫反射的影响，对镜子进行镜面处理，使沉积表面尽可能光滑。此外，在气相沉积后在镜面涂有防油保护涂层，以确保液体闪烁体的光反射性能的长期稳定性。通过测量 LED 点光源来确认位置分辨率，如果发现任何问题，则对制造工艺进行修改。如上所述，研究正在进行中，但随着扩大本研究的基础研究（S）的采用，作为基础研究（A）的本研究项目结束了。