Super Kamiokande 実験

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 42m 39.3m • 50kt水チェレンコフ検出器 • 内水槽 32kt, FV22.5kt • 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)

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

4. 対流を抑制する温度コントロール 2009年11月より0.01℃の精度でフィードバック 純水 熱交3 熱交1 SK 4-4.5MeV vertex SK温度分布 冷却水 pit 坑内湧水(10.7-11.7℃)

5. 送水温度・透過率・BGレート do 送水温度 ℃ m 減衰長 Event rate in 4 - 4.5 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= Uni diag 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 cosq = -1, L～13000㎞ 2.2ms Dm2=2x10-3eV2 sin22q = 1

9. neとnmの分別 muon decay electron 間違えて判別する確率は　 <1%@1GeV 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

10. SK-IVzenith angle distribution nm→nt Oscillated MC ( SK-I+II+III best fit point ) UnOscillatedMC 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大気ニュートリノのエネルギーとイベントトポロジー GeV GeV 各トポロジーのエネルギー分布

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

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

14. 太陽ニュートリノ ne

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

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

17. S/N向上にむけて 12.3kton KE=3.5-4.0MeV Ariadone Goodness • PMTHit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 • 水の安定化=Rnの局在化 • 214Bi b Q=3.27MeVがBG源 • 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

18. SK-IV556日 3.5-4.0MeV 4.0-4.5MeV 4.5-5.0MeV 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

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

20. 核子崩壊 SKI+II+II+IV 219.7kton yearで見つかっていないことは確か 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

21. 超新星背景ニュートリノ探索 反ニュートリノ温度によるSK でのrate prediction Flux prediction • 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 • neluminosity of typical supernova • Average ne energy →ne温度(Fermi-Dirac emission spectrum)

22. BGのチェレンコフ角分布 • Dominant BG はatomosphericvevm 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 • fluxに対する制限 各モデル(Tn)に対する制限

24. GADZOOKS! Project Gadolinium Antineutrino Detector Zealously Outperforming Old Kamiokande, Super! Gd 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

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

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

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

28. To Drain Selective Filtering System UF#1 Reject Line 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 0.5 ton Collection Buffer Tank Concentrated Gd NF Reject Lines 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 Repressurization Pump (>0.9 MPa, >1.5 ton/hr) 7 ℓ/min 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. 暗黒物質探索 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 • 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

31. 太陽方向探索SK-I+II+III+IV preliminary

32. 背景探索 DATASK1,2,3 DM signalshapeenhancedforillustration ATM MC with oscillations2 flavor best fit Mc= 5.6 GeV Mc= 5.6 GeV cosq Momentum[GeV/c] MC+DM signal fitting →upper limit • Diffuse signal(大気ニュートリノsample使用) • Isotropic in zenith angle • Mono-enegetic En=Mc

33. 銀河中心に暗黒物質多い • NFWhalo profile ~rc2 ~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 銀河中心方向 にピーク

34. DM signal illustration FC PC UPMU DATASK-I+II+III NON-OSCATM MC OSC ATM MC Mc =1.3 GeV Assuming f(ne)=f(nm)=f(nt)for WIMP signal DM signalshapeenhancedforillustration cosqGC

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

36. Status 査定金額　　いくらか 使用用途 物理学のため • SK-IV進化しながら一生懸命稼働中　 • 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

37. おしまい

38. Additional Heat Exchangercoming in Feb. 2012 The bottom water temperature is fed back to the valve which control the cooling water flow New HE HE3 HE1 SK pit Ditch