Super Kamiokande 実験 平成23年度共同利用研究成果発表会 関谷洋之.

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1 Super Kamiokande 実験 平成23年度共同利用研究成果発表会 関谷洋之

2 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 for ID 8’’ PMTs x 1885 for OD New electronics software trigger (dead time free) 42m 39.3m

3 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

4 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( ℃) 4-4.5MeV vertex SK温度分布

5 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 MeV(Kinetic) Counts/day/T.FV T2K 　SK-IV+ としたい位安定

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

7 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

8 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

9 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　

10 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

11 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

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

13 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

14 太陽ニュートリノ ne

15 SK-IV 太陽方向分布 KE = MeV, 　SK-IV 日 preliminary cosqsun

16 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 MeV MeV preliminary

17 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= MeV 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

18 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

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

20 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 kton yearで見つかっていないことは確か

21 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

22 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

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

24 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

25 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

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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 太陽方向探索 SK-I+II+III+IV
preliminary

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 おしまい

38 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