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 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

Super-Kamiokande IV Water System 11t/h 38t/h RO膜 ラジウム 除去 60t/h 膜脱気装置 ラドン除去 11t/h

pit 対流を抑制する温度コントロール SK 熱交1 熱交3 純水 冷却水 坑内湧水(10.7-11.7℃) 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℃) 4-4.5MeV vertex SK温度分布

送水温度・透過率・BGレート 送水温度 減衰長 ℃ do m Counts/day/T.FV Event rate in 水が安定していることはすごく重要！方向、とかね Event rate in 4 - 4.5 MeV(Kinetic) Counts/day/T.FV T2K 　SK-IV+ としたい位安定

Current water stream GW telescope Access for the construction Bypass line will be prepared

ニュートリノ振動 na= U ni diag 大気ニュートリノ観測 太陽ニュートリノ観測 SKでの検出原理 Majorana term 大気ニュートリノ観測 太陽ニュートリノ観測 SKでの検出原理 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

大気ニュートリノ cosq = 1, L～15㎞ En<～1.3GeV ne:nm=1:2 2.2ms cosq = -1, E 1GeV とすると　100km Eは複雑。 Dm2=2x10-3eV2 sin22q = 1

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 間違えて判別する確率は muon decay electron 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 間違えて判別する確率は　 <1%@1GeV

SK-IV zenith angle distribution nm →nt Oscillated MC ( SK-I+II+III best fit point ) UnOscillated MC m-likeの上向きが減ってる

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

SK-I+II+III+IV Zenith angle distribution SSSK 新たに SK-IV 762.5 日分のデータ加えた結果 + ― nm →ntを仮定したMC preliminary e-like m-like

preliminary preliminary preliminary 振動解析(解析中) 2-flavor Oscillation 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 3-flavor, L/E 解析中 preliminary

太陽ニュートリノ ne

SK-IV 太陽方向分布 KE = 4.5-19.5MeV, 　SK-IV 752.3 日 preliminary cosqsun

preliminary 低エネルギー太陽ニュートリノの検出！ 3.5-4.0MeV 4.0-4.5MeV 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 SK-III SK-IV 3.5-4.0MeV 4.0-4.5MeV preliminary

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 12.3kton KE=3.5-4.0MeV 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

SK-IV 556日 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 3.5-4.0MeV

Solar global(SK-IIIまで)+Kamland sin2q =0.0255 →　sin22q =0.1

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

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) 反ニュートリノ温度によるSK でのrate prediction Flux prediction

BGのチェレンコフ角分布 Dominant BG はatomospheric vevm CC だけど SK-I data/MC Signal+BGを各モデルごとにfitting

SK-I+II+III Limits 各モデル(Tn)に対する制限 fluxに対する制限

中性子捕獲断面積の大きいGdをSKにいれてneを捕える 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 Gadolinium Antineutrino Detector Zealously Outperforming Old Kamiokande, Super! Gd

Evaluating Gadolinium’s Action on Detector Systems 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 Systems Transparency measurement by UDEAL 240 PMTs Pre-treatment system Main water circulation system

UDEAL 200 ton tank 15 ton tank for pre-treat Gd water Circulation system pre-treatment system 25

純化循環試験 W/O PMT 200 ton water tank 15ton tank 2011年8月から 200 ton water tank 15ton tank Main water circulation system W/O PMT NF

Concentrated Gd NF Reject Lines Selective Filtering System UF#1 Reject Line To Drain Ultrafilter #1 Ultrafilter #1 Chiller 15 ton EGADS Test Tank UV #1 0.2 m 2nd Stage Filter Repressurization Pump (>0.6 MPa, >4 ton/hr) 5 m 1st Stage Filter Intake Pump (>4 ton/hr) 99.7% of Gd Membrane Degas UF#2 Reject Nanofilter #1 Concentrated Gd NF Reject Lines 0.5 ton Collection Buffer Tank Conveying Pump (~0.35 MPa, >4 ton/hr) Ultrafilter #2 0.27% Recycles RO Reject Lines 0.3% UV #2 0.5 ton Buffer Tank Repressurization Pump (>0.6 MPa, >3 ton/hr) RO Permeate Lines 0.03% Nanofilter #2 TOC Repressur- ization Pump (>0.9 MPa, >2 ton/hr) DI #2 7 ℓ/min Repressurization Pump (>0.9 MPa, >1.5 ton/hr) DI #1 RO #2 5 m Filter 5 m Filter RO #1

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

Self-annihilationにより探索 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 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sc-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

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=Mc DM signal shape enhanced for illustration DATA SK1,2,3 ATM MC with oscillations 2 flavor best fit Mc = 5.6 GeV Mc = 5.6 GeV cosq Momentum [GeV/c] MC+DM signal fitting →upper limit

銀河中心に暗黒物質多い 銀河中心方向 にピーク 銀河中心方向に対する角度分布でみてfit するべし NFW halo profile ~rc2 銀河中心方向 にピーク ~rc Long lived unstable dark matter 銀河中心方向に対する角度分布でみてfit するべし

DM signal illustration FC DM signal shape enhanced for illustration DATA SK-I+II+III OSC ATM MC NON-OSC ATM MC UPMU Mc =1.3 GeV PC Assuming f(ne)=f(nm)=f(nt) for WIMP signal cosqGC

Limits (SK-I+II+III) Flux limit 対消滅断面積limit JDW integrated intensity over all sky related to DM halo density profile

Status SK-IV進化しながら一生懸命稼働中 大気ニュートリノ 太陽ニュートリノ 核子崩壊 超新星背景ニュートリノ WIMP探索 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

おしまい

Additional Heat Exchanger coming in Feb. 2012 The bottom water temperature is fed back to the valve which control the cooling water flow SK New HE HE3 HE1 重力波訴える場として使う！！ pit Ditch