Double Beta Decay 木河達也、福田泰嵩.

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1 Double Beta Decay 木河達也、福田泰嵩

2 1.Double Beta Decayとは？ 1-1.目的 1-2.Majoranaとは? 1-3.Double Beta Decayとは?

3 1-1.目的 Neutrino-lessの Double Beta Decay事象を 発見したい！

4 1-2.Majoranaとは? Majorana粒子 Dirac粒子 粒子＝反粒子 粒子 反粒子 粒子数保存を破る 粒子数保存
粒子＝反粒子　　　　　　 粒子　反粒子 粒子数保存を破る　　　 粒子数保存 Condition Condition 　　　　　　　　 中性粒子 　 特になし でないと電荷保存を破る

5 1-3.DBDとは? mode（Standard Model） diagram　　

6 1-3.DBDとは? Condition １回のβ崩壊がエネルギー的に禁止される Energy 禁止 N(A,Z-2) DBD N(A,Z)

7 1-3.DBDとは? DBDの種類 1.beta decay + beta decay
2.electron capture + beta decay 3. electron capture + electron capture

8 1-3.DBDとは? mode（ Neutrino-less ） 　 diagram

9 Standard Modelでは禁止されている
1-3.DBDとは? Standard Modelでは禁止されている 1.レプトン数の非保存 　　　　　　　　　　 中性子から放出→右巻き 2.ヘリシティの不一致 　　　　　　　　　　　　　　　中性子に吸収→左巻き

10 1-3.DBDとは? Neutrino-less Double Beta Decayの条件 1.Majorana粒子
2.粒子・反粒子のhelicityが等しい 　 Massiveなら満たされる

11 1-4.Double beta decayから得るものは？
Majorana粒子の存在 レプトン数非保存 ニュートリノの質量の絶対値

12 2.いかにしてニュートリノレスの ダブルベータ崩壊をみつけるか
2-1.CdTe(カドミウムテルル) 2-2.半導体検出器 2-3.Coplanar grid technique 2-4.Flash Analog Digital Converter 2-5.適切な電圧差は？ 2-6.トリプルコインシデンス 2-7.セットアップ

13 2.いかにしてニュートリノレスの ダブルベータ崩壊をみつけるか
線源としてCdTeを使用 崩壊によって発生するエネルギーは一定（Q値） Q値のエネルギーを持った陽電子を観測できれば良い。

14 2-1.CdTe(カドミウムテルル) メリット デメリット 電子捕獲陽電子崩壊を起こす。 常温で半導体検出器として使える。 分解能が低い。
バックグラウンドに弱い。 ホールの易動度が低い。 デメリット メリット

15 2-2.半導体検出器 陰極側 陽極側 空乏層 観測されるデータは、陽極での電子の収集によるもの＋陰極でのホールの収集によるもの。
ホールの収集によるデータは、電離が起きた位置に依存する。 エネルギーのみに依存したデータを測定することができない。

16 2-3.Coplanar grid technique
CdTe 実際の写真 実際の写真 陽極側に電圧の異なる2つのGridをセットし、それぞれのGridから同時に読み出す。

17 e 電子は電圧の高い方の陽極に収集される。 陽極1 - 陽極2 陽極2 陽極1 この様子をそれぞれのGridから見ると 電圧が低い方
電圧が高い方 CdTe 陰極側 陽極側 この様子をそれぞれのGridから見ると Voltage 陽極2 Voltage 陽極1 ＋ホールの効果 ＋ホールの効果 時間 時間

18 e － ＝ 電子は電圧の高い方の陽極に収集される。 陽極1 - 陽極2 陽極2 陽極1 この様子をそれぞれのGridから見ると
電圧が低い方 e - 陽極2 電圧が高い方 CdTe 陰極側 陽極側 この様子をそれぞれのGridから見ると Voltage 陽極2 Voltage 陽極1 Voltage －　 ＝　 ＋ホールの効果 ＋ホールの効果 時間 時間 時間 ホールの効果をキャンセルすることができる →電離の起きた場所に依存しないデータを得ることができる

19 実際に見てみる Cｓ（セシウム）の発するγ線を、CdTeで検出し、その信号をオシロスコープで観測 CH1(high bias)
CH2(low bias) CH2-CH1

20 2-4.Flash Analog Digital Converter
なぜFADCを使ったか Voltage パルスハイト型ADCでは 時間 パルスの大きさしかわからない

21 2-4. Analog Digital Converter
なぜFADCを使ったか Voltage FADCでは 時間 信号の波形を観測することができる。

22 2-5.適切な電圧差は？ Cｓ（セシウム）の発するγ線を観測 でフィッティング CH1の電圧が130Vの時が最も分解能(b/c)がよい。
a= b= c= 分解能： % a= b= c= 分解能： % Cｓ（セシウム）の発するγ線を観測 a= b= c= 分解能： % でフィッティング CH1の電圧が130Vの時が最も分解能(b/c)がよい。 cの値でキャリブレーション

23 CdTe（半導体検出器）で陽電子を検出、 2つのNaIシンチレーターでγ線を検出。
2-6.トリプルコインシデンス 対消滅 (511keV) 原子軌道上の電子 (511keV) ダブルベータ崩壊で生まれた陽電子 CdTe（半導体検出器）で陽電子を検出、 2つのNaIシンチレーターでγ線を検出。

24 4つのうち2つのNaIで粒子線が検出される事象と、
CdTeを4つのNaIで囲む 4つのうち2つのNaIで粒子線が検出される事象と、 CdTeで粒子線が検出される事象で コインシデンスをとる

25 2-7.セットアップ

26 33時間測定をした結果、 10個のイベントが観測された。
測定結果 33時間測定をした結果、 10個のイベントが観測された。

27 測定結果 １０個のうちneutrino-less double beta decayは… ０個でした

28 3.考察・展望（CdTe） Grid techについて holeの情報が無くなっているので

29 3.考察・展望（CdTe） But CdTeに電位差をつけすぎると静電放射 半導体検出器について 電位差をつけるほど分解能がよくなる
壊れてしまうかも 分解能を良くするには ・半導体を薄くする ・Biasを高くする

30 3.考察・展望（DBD） Neutrino-less Double Beta Decay発見ならず 今回は33時間だけ
もっと時間をかければ・・・見えるかも

31 Thank you for your listening!