スーパーカミオカンデ検出器を用いた超新星背景ニュートリノの探索

使用超级神冈探测器搜索超新星背景中微子

• 批准号: 08J10561
• 负责人: 飯田 崇史
• 金额: $ 0.77万
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10561/
• 关键词: 超新星爆発; ニュートリノ; 超新星

超新星背景ニュートリノ(SRN)はビッグバンから現在に至るまでに起きた数多の超新星爆発を起源とする宇宙背景ニュートリノであり、20年以上前から理論的に予測されているにも関わらず未だに発見には至っていない。このSRNのフラックスの総量やスペクトルの形状を測定する事で、宇宙の超新星爆発の歴史、銀河・星形成の歴史、宇宙の質量分布等を知ることができる。本研究では世界最大の水チェレンコフ型検出器・スーパーカミオカンデ(SK)のデータからSRNの探索を行った。SRNの解析では、バックグラウンド(BG)の除去と、最後まで残ったBGの理解がきわめて重要になってくる。主なBGは大気ν_μ起源のチェレンコフ光を出さない低エネルギー・ミューオンによる崩壊電子である。この反応はまれに事象前に水分子の中の酸素原子核と反応しガンマ線を放出することがありうる。私はBG除去後に残った候補事象の前後を位置や時間の相関性も含め慎重に精査することで前後にガンマ線らしいアクティビティを持つBG事象の除去を行いS/N比で30%の向上に成功した。さらに低いエネルギーで問題となる宇宙線による核破砕のBGに関して除去手法を改良し効率の良いバックグラウンド除去(信号に対する効率で、64%-->80%)を達成した。また、この新しい手法を用いることで解析のエネルギー閾値を従来の18MeVから16MeVに引き下げることが可能となり、更なる感度向上が可能となった。以上の解析の結果、残念ながら有意な信号の発見には至らなかったものの、<2.0-2.2/cm2/sec(Eν>17.3MeV)というSRNの上限値を得ることができた。これは理論によって予想されるフラックス(0.4-4.6/cm2/sec)と比較して、かなり近いところにあることが分かる。またSK以外の実験から得られた上限値と比べると一桁以上も良い結果を得ることができた。

超新星背景中微子（SRN）是源自大爆炸至今发生的无数次超新星爆炸的宇宙背景中微子，虽然理论上已经预测了它们20多年，但尚未被发现。已达到。通过测量SRN通量总量及其光谱形状，我们可以了解宇宙中超新星爆炸的历史、星系和恒星形成的历史以及宇宙的质量分布。在这项研究中，我们使用世界上最大的水切伦科夫探测器 Super-Kamiokande (SK) 的数据来搜索 SRN。在SRN分析中，去除背景（BG）并了解剩余的BG极其重要。主要的BG是源自大气ν_μ的低能μ介子的衰变电子，它不发射切伦科夫光。在极少数情况下，这种反应可以与水分子中的氧核发生反应，并在事件发生之前发射伽马射线。通过仔细检查 BG 去除后残留的候选事件前后的区域，包括位置和时间的相关性，我去除了前后具有类似伽马射线活动的 BG 事件，并成功提高了 S/N比例达到了30%。此外，我们改进了低能量下宇宙射线引起的核散裂背景的去除方法，实现了高效的背景去除（相对于信号效率为64%-->80%）。此外，通过使用这种新方法，可以将分析的能量阈值从传统的18 MeV降低到16 MeV，从而可以进一步提高灵敏度。根据上述分析，虽然遗憾的是没有发现明显的信号，但我们能够获得SRN的上限值<2.0-2.2/cm2/sec（Eν>17.3 MeV）。可以看出，这与理论预测的通量（0.4-4.6/cm2/sec）相当接近。此外，我们能够获得比 SK 以外的实验获得的上限值好一个数量级以上的结果。

项目成果

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

• 发表时间: 2009
• 作者: 富沢真也;石橋明浩;Takashi Iida
• 通讯作者: Takashi Iida

Search for Supernova Relic Neutrino at Super-Kamiokande

在超级神冈探测器寻找超新星遗迹中微子

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of 30th International Cosmic Ray Conference (ICRC2007) (掲載確定)
• 作者: Takeda;Masayoshi;H. Watanabe for Super-Kamiokande collaboration;T. Iida for Super-Kamiokande collabration
• 通讯作者: T. Iida for Super-Kamiokande collabration