[論文レビュー] Recent Borexino results and prospects for the near future

D. D’Angelo, G. Bellini+86 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2014

Neutrino Physics Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ボレキシノ実験の最新結果を提示しており、7Beニュートリノ信号の季節的変動、改良された地熱ニュートリノフラックス測定、および宇宙線生成背景の研究を含む。フェーズII計画では、pp、pep、CNO太陽ニュートリノフラックスを統計誤差10%未塔で測定することを目的としており、51Crおよび144Ce-144Pr源を用いたSOXプロジェクトにより、コンactな検出器構成でニュートリノ振動のうねりを直接観測する可能性を示している。

ABSTRACT

The Borexino experiment, located in the Gran Sasso National Laboratory, is an organic liquid scintillator detector conceived for the real time spectroscopy of low energy solar neutrinos. The data taking campaign phase I (2007 - 2010) has allowed the first independent measurements of 7Be, 8B and pep fluxes as well as the first measurement of anti-neutrinos from the earth. After a purification of the scintillator, Borexino is now in phase II since 2011. We review here the recent results achieved during 2013, concerning the seasonal modulation in the 7Be signal, the study of cosmogenic backgrounds and the updated measurement of geo-neutrinos. We also review the upcoming measurements from phase II data (pp, pep, CNO) and the project SOX devoted to the study of sterile neutrinos via the use of a 51Cr neutrino source and a 144Ce-144Pr antineutrino source placed in close proximity of the active material.

研究の動機と目的

• ボレキシノフェーズIIで精製されたシンチレーターを用いて、pp、pep、CNO太陽ニュートリノフラックスを統計誤差10%未塔で測定すること。
• 地球内部からの地熱ニュートリノフラックスを高精度に決定し、バルクケイ酸塩地球モデルを検証すること。
• 7Beニュートリノ信号の季節的変動を調査し、太陽および検出器効果を解明すること。
• 専用の坑内に設置された51Crニュートリノ源および144Ce-144Pr反ニュートリノ源を用いたSOX実験により、短基長距離でのステルイルニュートリノ振動を探索すること。
• 源-検出器距離とエネルギースペクトルを活用して、コンパクトな検出器構成でニュートリノ振動のうねりを高分解能で検出すること。

提案手法

• イタリア・グランサッソの3800 m.w.e.の深度に位置する278トンの有機液体シンチレーター検出器（PPOをドーピングしたパセウドクミレン）を用いる。
• 電子反跳によるニュートリノ-電子弾性散乱から生じるシンチレーション光を、2212個の8インチフォトマルチプライヤー管（PMT）で検出する。
• 約13 cmの位置分解能と、862 keVにおける7Beニュートリノで44 keV（6.6%）のエネルギー分解能を持つ時間飛行再構成を適用する。
• 背景および検出器応答を補正するために、アンビンド最大尤度フィットを用いてイベントエネルギースペクトルからニュートリノフラックスを抽出する。
• 1 m³の坑内に、1000 kgの51Cr源（430 keVおよび750 keV）と144Ce-144Pr源（最大3 MeV）を設置し、短基長距離振動を研究する。
• 反ニュートリノ検出のための中性子タギングを採用し、背景に近い状態を実現することで、振動信号に対する感度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽の中心部からのppニュートリノフラックスはどの程度正確に測定可能であり、統計誤差10%未塔で測定可能か？
• RQ2 CNOニュートリノフラックスは測定可能か、あるいはその上限を著しく改善可能か？これは太陽の金属量問題を解消する上で重要である。
• RQ3 7Beニュートリノ信号に季節的変動が見られるか？その結果は太陽的または検出器的要因を明らかにするか？
• RQ4 SOX実験は、短基長距離でのステルイルニュートリノ混合に起因する51Cr源からの振動のうねりを検出可能か？
• RQ5 144Ce-144Pr反ニュートリノ源は、原子炉の異常をどの程度感度よく検出可能か？また、ステルイルニュートリノ振動を確認または除外できるか？

主な発見

• 地熱ニュートリノフラックスは38.8 ± 12.0 TNUで測定され、バルクケイ酸塩地球モデルの予測と整合的であるが、異なる地球物理学的モデルを区別するにはまだ十分ではない。
• 何回ものデータ収集サイクルを経て、7Beニュートリノフラックスは3%の不確かさで測定され、季節的変動が観測され解析された。
• ppニュートリノフラックスの測定は、統計誤差が10%未塔に達する見込みであり、系統誤差は現在検討中である。
• pepニュートリノフラックスは10%レベルでの高精度測定を標榜しており、分析は進行中である。
• CNOニュートリノフラックスの測定は高い優先度の目標である。フェーズIIで達成できない場合、210Bi汚染を低減するためのさらなる精製によって、既存の上限を改善する予定である。
• SOXプロジェクトでは、2015年に10 MCiの51Cr源、2016年に100–120 kCiの144Ce-144Pr源を設置し、高い感度でステルイルニュートリノ振動を調査する計画である。