世界最高精度での地球ニュートリノ観測によるマントル対流構造の解明

通过世界最高精度的地中微子观测阐明地幔对流结构

基本信息

批准号：
22KJ0258
负责人：
川田七海
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku 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

当初の研究計画を概ね遂行した。以下に、研究計画に記載した各項目について状況を記述する。(i) 原子炉ニュートリノ不定性の削減: 原子炉ニュートリノ異常を解決する第一原理計算を試みたところ、単寿命核種の崩壊過程におけるエネルギー準位の不定性(パンデモニウム効果)があることにより、第一原理的に正確な原子炉ニュートリノ計算が殆ど不可能であることが判明した。そこで、短距離原子炉ニュートリノ観測実験DayaBayの観測スペクトルをKamLANDにおけるスペクトルに変換することで対応した。また、低原子炉期間に相対的に寄与が大きくなる国外の原子炉について、IAEAの報告書をもとに網羅的に見積もり、系統誤差を削減した。(ii) 検出器の経年劣化による不定性の削減: 検出器の経時変化を緩和する信号増幅器の導入を進め、現在でも進行中である。また、検出器の応答変化をパラメータ化し観測される物理パラメータに補正をかけることで、地球ニュートリノ観測データセットに検出器経時変化の影響が及ぶことのないようにした。(iii) 地球ニュートリノフラックス、スペクトルの評価; 地球モデルの検証: 約20年分の観測データを用いて地球ニュートリノフラックス、スペクトルを評価した。KamLAND観測結果との比較から、地震波観測結果に基づいてマントル一層対流構造と比較的多くの放射化熱量を主張するHigh-Qモデルを棄却した。このことから、マントルが複数層の対流構造を持つことについて、初めて直接的な示唆を得た。この成果は学術誌Geophysical Research Letters, Volume 49, Issue 16にて報告した。また、関連する地球科学/素粒子物理学の学会においても成果を報告した。現在は地球ニュートリノ観測精度の更なる向上やKamLAND実験の将来計画に向けた新たな研究開発に着手している。

原定的研究计划已基本完成。研究计划中列出的每个项目的状态如下所述。 (i) 减少反应堆中微子不确定性：在尝试用第一性原理计算解决反应堆中微子异常时，发现由于单寿命核素衰变过程中能级的不确定性（混乱效应），事实证明，精确计算核反应堆中微子原则上几乎是不可能的。为了解决这个问题，我们将短程核反应堆中微子观测实验大亚湾观测到的光谱转换为KamLAND的光谱。此外，我们还根据IAEA报告，综合估算了对低堆周期贡献较大的海外核反应堆，以减少系统误差。 (ii) 减少探测器老化带来的不确定性：我们目前正在致力于引入信号放大器来减轻探测器的老化。此外，通过参数化探测器响应的变化并校正观测到的物理参数，我们确保了地球中微子观测数据集不会受到探测器随时间变化的影响。㈢评估地球中微子通量和光谱；地球模型验证：利用大约20年的观测数据评估了地球中微子通量和光谱。通过与KamLAND观测结果的比较，我们拒绝了High-Q模型，该模型根据地震波观测结果，声称地幔中存在单层对流结构，并具有较大的放射性热量。这首次直接表明地幔具有多层对流结构。这一结果发表在学术期刊《地球物理研究快报》第 49 卷第 16 期上。我们还在相关的地球科学/粒子物理会议上报告了我们的结果。目前，我们正在着手新的研究和开发，旨在进一步提高地球中微子观测的准确性以及卡姆兰德实验的未来计划。