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）是宇宙背景中微子，源自从大爆炸到今天发生的众多超新星爆炸，尽管从理论上预测了20多年，但尚未被发现。通过测量该SRN的总磁通量和频谱的形状，您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，从世界上最大的Water-Cellenkov检测器Superkamiokande（SK）的数据中搜索了SRN。在SRN分析中，删除背景（BG）和对剩余BG的理解，直到结束变得极为重要。主BG是由低能量万能引起的衰减电子，这些电子不会从大气中发出Cherenkov光。事件发生前，该反应很少与水分子中的氧核反应并释放伽马射线。通过仔细检查BG去除后仍保留的先前和后续的候选事件，包括位置和时间之间的相关性，我删除了在之前和之后具有类似γ样活动的BG事件，并成功地将S/N比率提高了30％。此外，我们改善了宇宙射线成核BG的去除方法，这是低能量的问题，以实现有效的背景去除（64％ - > 80％）。此外，使用这种新技术，可以将分析的能量阈值从常规的18mev降低到16mev，从而有可能进一步提高灵敏度。不幸的是，上述分析没有揭示任何明显的信号，但是我们能够获得<2.0-2.2/cm2/sec（Eν> 17.3mev）的SRN上限。与理论（0.4-4.6/cm2/sec）预测的通量相比，这可以看出非常接近。此外，与从SK以外的实验获得的上限相比，我们能够获得一个以上的数量级更好的结果。

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