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修士論文発表会2020 三宅春彦

『KamLAND-Zen実験における低ゲインPMTの光量応答性を考慮したエネルギー再構成による背景事象低減』

修士課程2年 三宅 春彦

論文概要

   「ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の探索において、ニュートリノを放出する崩壊モード(以下2νモード)は最も支配的な背景事象です。これを減らすためには検出器のエネルギー分解能を向上させなければなりません。しかし近年、使用する約2000本の光電子増倍管(PMT)の一部で性能低下が起きており、エネルギー分解能を悪化させていました。そこで、本研究ではこれらの「低ゲインPMT」からの情報を活用するためのソフトウェア的な手法を開発し、検出器が本来持つエネルギー分解能を回復することを目指しました。

   検出器内部で生じる素粒子反応のエネルギーを推定する手続きをエネルギー再構成と呼び、約2000本のPMTからの情報を統計的に処理して(最尤推定と呼ばれる方法を使っています)エネルギー推定を行っています。本研究ではPMTごとの応答性の違いを反映できるような確率モデルを考案し、エネルギー再構成に適用しました。その結果、すべての低ゲインPMTを活用することに成功し、エネルギー分解能として約3%の改善を達成しました。これは2νモード背景事象数にして約20%の削減に対応し、KamLAND-Zen 800実験の探索感度にして1.07倍に相当します。
   今後PMTの性能低下は継続的に進行することが予想され、低ゲインPMTを活用することは実験遂行に必須です。本研究によりそれが可能となり、KamLAND-Zen800実験は観測予定期間の2024年まで世界最高感度を維持したまま実験を継続することが期待されます。

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