[論文レビュー] SeperNEMO double beta decay experiment

A. S. Barabash|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2011

Neutrino Physics Research被引用数 7

ひとこと要約

SuperNEMOは、$^{82}$Seを用いた次世代の二重ベータ崩壊実験であり、$0\nu\beta\beta$半減期の感度を$10^{26}$年を超えるように設計されており、メジャノナニュートリノ質量を50–100 meVの範囲で探査可能である。100–200 kgの同素体質量を用いたトラッキング＋カロリメトリー方式を採用し、R&D段階から実際のモジュールの建設段階に移行しており、最初のモジュール「デモニストレータ」の建設が進行中である。

ABSTRACT

SuperNEMO is a next-generation double beta decay experiment based on the successful tracking plus calorimetry design approach of the recently stopped NEMO3 experiment. SuperNEMO can study a range of isotopes, but the baseline isotope is $^{82}$Se. The total isotope mass will be 100--200 kg. A sensitivity to a $0 u\beta\beta$ half-life greater than $10^{26}$ years can be reached which gives access to Majorana neutrino masses of 50--100 meV. Having successfully completed R&D stage the SuperNEMO Collaboration has commenced the construction of the first module, the Demonstrator. The present status of SuperNEMO program and plan for the nearest future are discussed.

研究の動機と目的

• 高質量・高エネルギー分解能のトラッキングおよびカロリメトリー系を用いて、$^{82}$Seにおけるニュートリノ質量のない二重ベータ崩壊（$0\nu\beta\beta$）を探索すること。
• $0\nu\beta\beta$半減期の感度を$10^{26}$年以上に達するようにし、50–100 meVの範囲におけるメジャノナニュートリノ質量の探査を可能にすること。
• NEMO3実験のトラッキング＋カロリメトリー設計を次世代の構成に応用し、バックグラウンドの抑制と信号の識別を向上させること。
• 全スケールのSuperNEMO実験のプロトタイプとしての技術的・運用的妥当性を検証するため、最初のモジュール「デモニストレータ」を建設・稼働させること。

提案手法

• 二重ベータ崩壊事象で発生する2つの電子の軌跡とエネルギーを再構築するためのトラッキングおよびカロリメトリー系を活用すること。
• 感度を高めるために、$^{82}$Se（100–200 kg）を大きな質量で用いることで、希少崩壊過程の感度を向上させること。
• スケーラビリティと段階的導入を可能にするモジュラー設計を採用すること。
• 低バックグラウンド材料とアクティブバックグラウンド抑制技術を用いて、誤検出信号を最小限に抑えること。
• 信頼性の高い性能と信号識別を確保するため、NEMO3実験の実証済み設計原則を活用すること。
• 全スケール実験の技術的・運用的妥当性を検証するプロトタイプとして、デモニストレータモジュールを建設すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SuperNEMOは、$^{82}$Seにおける$0\nu\beta\beta$半減期の感度を$10^{26}$年以上に達成できるか？
• RQ2 SuperNEMOのトラッキング＋カロリメトリー方式により、メジャノナニュートリノ質量の感度はどの程度達成可能か？
• RQ3 デモニストレータモジュールは、全実験の技術的準備度とバックグラウンド抑制性能をどの程度効果的に示せるか？
• RQ4 質量およびエネルギー分解能の観点から、SuperNEMOの設計はNEMO3実験をどの程度改善できるか？
• RQ5 全スケールのSuperNEMO実験は、希少な$0\nu\beta\beta$崩壊事象を検出する上で、期待される性能は何か？

主な発見

• SuperNEMO実験は、$^{82}$Seにおける$0\nu\beta\beta$半減期の感度を$10^{26}$年以上に達するように設計されている。
• この感度は、50–100 meVの範囲におけるメジャノナニュートリノ質量の探査に相当する。
• デモニストレータモジュールは、全スケールの展開に向けた最初の段階として建設中である。
• 実験は、信号識別を向上させるために、成功裏に実証されたNEMO3のトラッキングおよびカロリメトリー方式を活用している。
• プログラムはR&D段階から実際の建設段階に移行しており、開発における重要なマイルストーンである。
• 全実験は、希少崩壊過程の感度を最大化するために、100–200 kgの$^{82}$Seを用いることを目指している。