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Super Kamiokande 実験. 平成 23 年度 共同利用研究成果発表会 関谷洋之. Super- Kamiokande Detector. 42m. 39.3 m. 50kt 水チェレンコフ検出器 内水槽 32kt, FV 22.5kt SK-IV: 2008 年 10 月 より 20’’ PMTs x 11129 for ID 8’’ PMTs x 1885 for OD New electronics software trigger (dead time free). Super- Kamiokande IV Water System. - PowerPoint PPT Presentation
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Super Kamiokande 実験
平成 23 年度共同利用研究成果発表会関谷洋之
2
Super-Kamiokande Detector• 50kt 水チェレンコフ検出器
– 内水槽 32kt, FV 22.5kt• SK-IV: 2008 年 10 月より
– 20’’ PMTs x 11129 for ID– 8’’ PMTs x 1885 for OD– New electronics
• software trigger (dead time free)
42m
39.3m
3
Super-Kamiokande IV Water System
RO 膜ラジウム除去
膜脱気装置ラドン除去
60t/h
38t/h
11t/h
11t/h
4
SK
pit
熱交1
熱交3
2009 年 11 月より 0.01℃ の精度でフィードバック
純水
冷却水
坑内湧水 (10.7-11.7 )℃
対流を抑制する温度コントロール
4-4.5MeV vertex SK 温度分布
5
do
送水温度・透過率・ BG レート
送水温度
減衰長
Event rate in4 - 4.5 MeV(Kinetic)
℃
m
Cou
nts/
day/
T.FV
T2K SK-IV+ としたい位安定
Current water stream GW telescope
Access for the construction
Bypa
ss li
ne w
ill b
e pr
epar
ed
7
ニュートリノ振動 na= U ni
大気ニュートリノ観測 太陽ニュートリノ観測
本年度はより良い解析手法を開発している最中。新しい結果はお待ちください
SK での検出原理
diag
Majorana term
8
大気ニュートリノ
2.2ms
En< ~ 1.3GeVne:nm=1:2
Dm2=2x10-3eV2
sin22q = 1
cosq = 1, L ~ 15 ㎞
cosq = -1, L ~ 13000 ㎞
9
ne と nm の分別
チェレンコフリングのパターンと角度の liklihood からe-like と m-like を分別
muon decay electron
間違えて判別する確率は <1%@1GeV
10
SK-IV zenith angle distribution
Oscillated MC ( SK-I+II+III best fit point )UnOscillated MC
nm →nt m-like の上向きが減ってる
11
大気ニュートリノのエネルギーとイベントトポロジー
• 各トポロジーのエネルギー分布
GeV GeV
12
SSSK
SK-I+II+III+IV Zenith angle distribution
新たに SK-IV 762.5 日分のデータ加えた結果
m-like
preliminary
e-like
+
― nm →nt を仮定したMC
13
振動解析 ( 解析中 )
• n と n の違い– decay-e や p の数などを使い、統
計的に ne と ne, nm と nm を区別して解析中
preliminary
• 2-flavor Oscillation
preliminary
• 3-flavor, L/E 解析中
preliminary
14
太陽ニュートリノ
ne
15
SK-IV 太陽方向分布
• KE = 4.5-19.5MeV, SK-IV 752.3 日
preliminary
cosqsun
16
低エネルギー太陽ニュートリノの検出!• SK-III まで見えなかった KE=3.5MeV 8B 太陽ニュートリノを確認
– 水の安定化– 低バックグラウンド化
3.5-4.0MeV
SK-IIISK-IV
4.0-4.5MeV
preliminary
17
S/N 向上にむけて• 水の安定化 =Rn の局在化• 214Bi b Q=3.27MeV が BG 源
– エネルギー分解能が悪い– 実際には低エネルギーなので クーロン多重散乱されるだろう
12.3kton
KE=3.5-4.0MeV
Ariadone Goodness
• PMT Hit ペアごとにチェレンコフリングを描き交点へのベクトルをdirection candidate とする
• それらベクトル和をスカラー和で規格化
• 多重散乱イベントは A.G. 小さいはず
18
SK-IV 556 日
3.5-4.0MeV
4.0-4.5MeV
4.5-5.0MeV
Ariadone も含めエネルギースペクトル ,day/night 解析 , 振動解析は進行中
19
Solar global(SK-III まで )+Kamland
• sin2q =0.0255 → sin22q =0.1
20
核子崩壊
• 最新の nucleon kinematics, p interactions のデータ・モデルを取りいれて efficiency を再評価中
SKI+II+II+IV 219.7kton year で見つかっていないことは確か
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超新星背景ニュートリノ探索 • さまざまなモデル• 宇宙論的なこと (cosmic star formation history, initial mass
function, Hubble expansion, etc) は分かってきたので , 単純に以下で parameterize• ne luminosity of typical supernova• Average ne energy → ne 温度 (Fermi-Dirac emission
spectrum)Flux prediction
反ニュートリノ温度による SK での rate prediction
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BG のチェレンコフ角分布
• Signal+BG を各モデルごとにfitting
• SK-I data/MC
• Dominant BG は atomospheric vevm CC だけど
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SK-I+II+III Limits
• 各モデル (Tn) に対する制限
• flux に対する制限
24
GADZOOKS! Project• すでにかなりの統計とこれ以上の解析方法もないので
中性子捕獲断面積の大きい Gd を SK にいれて ne を捕える
Gd
GadoliniumAntineutrino Detector ZealouslyOutperforming Old Kamiokande, Super!
25
EGADS• SK に Gd いれても純水装置に取られて終わり
– 200t の SK-like タンクと新たな純化システムをつくり、透過率のよい 0.2%Gd(SO4) 水溶液を保持する
Evaluating Gadolinium’s Action on Detector Systems240 PMTs
Main water circulation system
Transparency measurementby UDEALPre-treatment
system
26
Gd water Circulation system
pre-treatment system
200 ton tankUDEAL
26
15 ton tankfor pre-treat
27
純化循環試験
200 ton water tank
Main water circulation system
15ton tank
W/O PMT
2011 年 8 月から
NF
15 ton EGADS
Test Tank
Intake Pump
(>4 ton/hr)
5 mm 1st Stage
Filter
Concentrated Gd NF Reject Lines
UV#1
Mem
bran
eD
egas
0.2 mm 2nd Stage Filter
0.5 ton Collection
Buffer Tank
RepressurizationPump
(>0.6 MPa, >4 ton/hr)
RepressurizationPump
(>0.6 MPa, >3 ton/hr)
Nanofilter #2
Nanofilter #1
Ultrafilter #1
Repressur-izationPump
(>0.9 MPa, >2 ton/hr)
TOC
5 mm Filter
0.5 ton Buffer Tank
RO #1
Ultrafilter #1
Ultr
afilt
er #
2
Repressurization Pump
(>0.9 MPa, >1.5 ton/hr)
DI#2
5 mm Filter
RO #2
RO Permeate Lines
Conveying Pump
(~0.35 MPa, >4 ton/hr)
Recycles RO Reject Lines
ChillerUF#1 Reject Line
UF#2 Reject
UV#2
99.7% of Gd
0.27%0.3%
0.03%
DI#1
To Drain
7 ℓ/min
28
Selective Filtering System
29
透過率の現状
• SK の 75 %を達成 (70m)• 25 %原因調査中
– Contamination?– 循環レート ?
• PMT つけて、本実験へ
30
暗黒物質探索
• Self-annihilation により探索– Directional flux による探索
– Diffuse flux による探索 dark halo からの を直接
n n
太陽内での散乱 (SD), 地球内での散乱 (SI) による減速過程があるので、散乱断面積 s-p に対する制限がでる
対消滅断面積・速度分布 <sAv> に対する制限がでる
31
太陽方向探索 SK-I+II+III+IV
preliminary
背景探索• Diffuse signal ( 大気ニュートリノ sample 使
用 )– Isotropic in zenith angle– Mono-enegetic En=M
32
M = 5.6 GeV
DM signal shapeenhanced for illustration
DATASK1,2,3
ATM MC with oscillations2 flavor best fit
M = 5.6 GeV
cosq Momentum [GeV/c]
MC+DM signal fitting →upper limit
33
銀河中心に暗黒物質多い
~r
~r2
• NFW halo profile
銀河中心方向に対する角度分布でみて fit するべし
銀河中心方向にピーク
Long lived unstable dark matter
Assuming f(ne)=f(nm)=f(nt) for WIMP signal
FC
PC
UPMU
DM signal illustration
cosqGC
M
=1.3 GeV
DM signal shapeenhanced for illustration
DATASK-I+II+III
OSC ATM MC
NON-OSCATM MC
34
35
Limits (SK-I+II+III)
dfD
dE=
s A V2
JDRscrsc
2
4p m2
dNdE
JD integrated intensity over all sky related to DM halo density profile
対消滅断面積 limit
Flux limit
36
Status• SK-IV 進化しながら一生懸命稼働中
– 温度コントロールによる水質安定化• 大気ニュートリノ
– SK-IV 順調に統計蓄積 , 解析方法の改良 (anti-n)• 太陽ニュートリノ
– SK-IV で 3.5MeV 8B ニュートリノの検出 , Ariadone• 核子崩壊
– SK-IV でも未発見、 Efficiency の見直し中• 超新星背景ニュートリノ
– SK-I+II+III でのリミット– EGADS による Gd 実証実験進行中
• WIMP 探索– SK-I+II+III Diffuse 新解析によるリミット更新 査定金額 いくらか
使用用途 物理学のため
37
おしまい
SK
Additional Heat Exchangercoming in Feb. 2012
pit
HE1
HE3
The bottom water temperature is fed back to the valve which control the cooling water flow
Ditch
New
HE
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