[論文レビュー] Taiwan EXperiment On NeutrinO -- History, Status and Prospects

H. T. Wong|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、台湾初の原子炉ニュートリノ実験であるコウセイでのTEXONO共同研究の発展から、中国四川・荊州地下実験所におけるCDEXダークマター計画への役割に至るまでの経緯を詳述している。低バックグラウンドゲルマニウム検出器の開発、76Geの同素体濃縮、トンスケールの0νββ実験計画を概説し、世界最高水準のバックグラウンド制御を達成し、ニュートリノ質量階層の解明および共鳴的ニュートリノ-核散乱の探査に向けた基盤を築いた。

ABSTRACT

We present an overview of the foundation, evolution, contributions and future prospects of the TEXONO Collaboration and its research programs on neutrino physics and dark matter searches at the Kuo-Sheng Reactor Neutrino Laboratory in Taiwan and, as a founding partner of the CDEX program, at the China Jinping Underground Laboratory in China.

研究の動機と目的

• 原子炉ニュートリノを低エネルギーニュートリノ研究の源として用いることで、台湾における画期的な素粒子物理学プログラムの確立を目的とする。
• ダークマターおよびノンゼロニュートリノ二重ベータ崩壊探索のための超低バックグラウンドゲルマニウム検出器の開発を目的とする。
• 地下物理学分野における台湾・中国間の科学的協力を促進し、中国荊州地下実験所（CJPL）に至る。
• 次世代実験に向け、0νββ準拠のバックグラウンド制御を達成することを目的とする。
• トンスケールの76Ge検出器が反転ニュートリノ質量階層を解明可能かどうかを検証することを目的とする。

提案手法

• コウセイ原子力発電所からの原子炉ニュートリノを、高強度かつ良好に理解されたニュートリノ物理学の源として利用した。
• 液体シンチレーション検出器の研究開発を経て、低しきい値・低バックグラウンド測定に適した高純度ゲルマニウム検出器に移行した。
• 放射性バックグラウンドを最小限に抑えるために、電気めっき法による銅製造および超清浄組立技術を導入した。
• 将来の0νββ崩壊実験に備えて、76Geの同素体濃縮を実施した。
• 中国、インド、トルコの国際学生を対象とした大学院教育プログラムを構築し、研究人材の育成を図った。
• 深さの大きな地下環境と産業規模の製造技術を活用し、CJPLに1トンスケールの76Ge検出器を計画した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コウセイでの原子炉ニュートリノ実験は、共鳴的ニュートリノ-核散乱の高精度測定を達成できるか？
• RQ2 ダークマターおよびニュートリノ質量研究のためのゲルマニウム検出器において、0νββ準拠のバックグラウンド制御を達成する最適な技術は何か？
• RQ3 CJPLにおけるトンスケールの76Ge実験は、反転ニュートリノ質量階層を解明可能か？
• RQ4 台湾、中国、インド、トルコを含む地域をカバーする地下物理学分野における国際的協力をどのように維持・拡大できるか？
• RQ5 産業規模の検出器製造は、次世代の低バックグラウンド実験を可能にする上で果たす役割は何か？

主な発見

• TEXONO共同研究は、コウセイ原子炉ニュートリノ実験所で台湾初の素粒子物理学実験を成功裏に実施し、地域的科学発展の重要なマイルストーンを達成した。
• 共同研究は、基礎研究分野における台湾・中国間初の科学的協力となった。これにより、中国荊州地下実験所（CJPL）の基盤が築かれた。
• CDEX-1T実験は、0νββ準拠のバックグラウンド制御に近い性能を持つ高純度ゲルマニウム検出器の実用可能性を示した。
• 商業的単結晶から作製された最初のゲルマニウム検出器が、2016年にCJPLに設置予定であった。
• 76Geの同素体濃縮および電気めっき法による銅製造において、将来の低バックグラウンド実験に不可欠な分野で顕著な進展を遂げた。
• 将来のCJPLにおけるトンスケールの76Ge 0νββ実験は、反転ニュートリノ質量階層をカバーする十分な感度を有すると予想されており、国際的協力の基盤も着実に形成されている。