Super-Kamiokande
LowE/astro groupt

宇宙線研究所 宇宙ニュートリノ研究部門
関谷洋之
2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス

宇宙ニュートリノ研究部門
目的 ニュートリノや他の素粒子を通して宇宙・素粒子物理学の謎を解明する
 宇宙は何でできているのか
Neutrino

4.9%
68.3%

T

26.8%

NASA/WMAP 2012
ESA/Plank 20132023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス2

宇宙ニュートリノ研究部門
目的 ニュートリノや他の素粒子を通して宇宙・素粒子物理学の謎を解明する
 ニュートリノや暗黒物質が決定的な役割を果たしているはずNASA/WMAP

具体的な実験
Super-Kamiokande、T2K、暗黒物質直接探索
Hyper-Kamiokande
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宇宙ニュートリノ部門の教員と主な研究内容
神岡宇宙素粒子研究施設

神岡6名・柏２名の教授/准教授
 神岡宇宙素粒子研究施設

中畑 SK LowE(募集無し)
塩澤 SK atm/pd T2K HK
森山 SK atm/pd 暗黒物質 HK
早戸 SK atm/pd T2K HK
関谷 SK LowE
暗黒物質 HK
中山 SK atm/pd T2K HK
 柏宇宙ニュートリノ観測情報融合センター
梶田 SK atm/pd T2K HK(募集無し)
奥村 SK atm/pd T2K HK

中畑塩澤

森山

早戸

関谷

中山

梶田奥村



修士は柏が本拠地
神岡に「通う」

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神岡宇宙素粒子研究施設の地上設備
新研究棟

2021年10月11日

宿泊棟

シングル 17室
和室大部屋 1室

Open space (3F)

Dining room (4F)

大学院生室(個人のブース)は柏と神岡の両方にあります。
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5Super-Kamiokande Gd Project

スーパーカミオカンデの大幅アップグレード
2022年実施！
電子ニュートリノと反電子ニュートリノを区別可能に!
超新星ニュートリノ発見を目指す

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Hyper-Kamiokande 2027年開始に向け順調に建設中
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暗黒物質探索実験室（XMASS）
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8Super-Kamiokande

東大レゴ部の作品

基幹プロジェクト
◦ 水をためて、光センサーで見ているだけなのに信じられないほど、重要で、数多くの物理を研究できる奇跡の検出器、しかも25年以上たった今でも常に進化している。

41.4m

40m
2022年6月1日からSK-VIIを開始

スーパーカミオカンデの研究対象
大気ニュートリノ~3.5MeV ~20

LowE~100~1 GeV

TeV

Atm/pd2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス

9The Super-Kamiokande Collaboration

みんなで協力しつつ競いつつ結果をだす

日中は地下の現場でシフト（２人）
夜は世界でオンラインでデータ収集を監視する

毎週の各グループ打ち合わせもオンライン
コラボレーションミーティングは富山
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SKの論文について実験開始から27年経過してなお、年間5編以上の一線級論文が出版されている！
 解析を主導した学生が書くことが多い。ちゃんと1st authorになれる！
昨年度学生主導の論文

数年後、ここに皆さんの名前も2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス

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SK LowE

ニュートリノ(素粒子)＋天文学(宇宙) 太陽ニュートリノ

 超新星ニュートリノ

◦ 我々が使える最も強度の強いニュートリノ源 地球の位置でも約660億個/cm2/s◦ ニュートリノ振動研究のきっかけ
SKでとらえた8Bニュートリノによる太陽内部写真◦ 1987年に１３秒間でKamiokandeが１１現象、IMBが８現象捉えたのみ。
◦ １９現象では爆発の詳細なメカニズムがわからなかった。
◦ 我々を構成する元素の起源を探る
 「私たちは星のかけらだった」

依然として数多くの謎（研究対象）がある

1987a
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超新星爆発はニュートリノが引き起こす
 爆発のシミュレーション→ニュートリノによるエネルギー輸送

Hanke+'13

Melson+'15

Roberts+'16

Takiwaki+’16

Kuroda+’16

 モデルを作るには1987Aのデータはものすごく重要。ニュートリノによる衝撃波の再加熱をいれることで、最近ようやく爆発”できるように”なった。
 とにかくデータが必要 エネルギーや時間の情報が要る。
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SKの唯一無二の役割

光で爆発の前にニュートリノで方向を決定する
𝑡𝑡~1 s2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス

待つだけでなく、超新星背景ニュートリノを捕まえにいく 宇宙には1022-23個の恒星（～1011個の銀河 ~1011-12恒星/銀河） 現時点では宇宙の開闢からの1017個の超新星爆発からのニュートリノを受けていることになる。
 それにともなって放出されたニュートリノが宇宙に満ちている。
 確実に「ここ」にある。
 超新星背景ニュートリノを観測すれば宇宙の初めからの重元素合成の歴史を探ることが出来る！

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ブラックホールや中性子星連星だってもとは超新星
 とにかく超新星爆発が先に起きないと始まらない！

◦ 超新星爆発の歴史を調べる重要性

重力だけでなくニュートリノも宇宙を支配している！
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118個の元素（武器）の中に使えるものはないか？

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SK-Gd計画

硫酸ガドリニウム8水和物

νe の判別するため、ガドリニウムを加えた。
 Gdの熱中性子に対する断面積は48.89kb
 中性子吸収後、全８MeVのガンマ線をだす。
 種々の研究により硫酸ガドリニウム を溶かす
 超新星背景ニュートリノだけでなく、そのほかの物理にも！
水チェレンコフ検出器の性能を飛躍的に高める

全８MeV

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2022年0.03%Gd濃度達成
2020年 26個の500㎏フレコン

2022年 1350箱の20㎏入り段ボール

高純度の硫酸ガドリニウムを開発
Gd0.03%= 40トン

溶解装置

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超新星背景ニュートリノのフラックス

超新星背景ニュートリノ観測の現状

6月8日 ApJ LにAccepted←これまでの観測結果
SK-VI 1.5年 （Gd 0.01%）
SK-IV 10年（純水）
これより上では見つかりませんでした
理論予想

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2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス

超新星背景ニュートリノのフラックス

超新星背景ニュートリノ観測の現状
SK-Gdの感度予想

理論予想の範囲

 今後5年くらいの観測で発見をめざす！
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Super-Kamiokande LowE Group ニュートリノを使って天文、宇宙物理をする 天体を素粒子研究のためのニュートリノ源と考え実験する

SK史上最大のアップグレード完了
まさにこれから新しいデータが！
2~5年で大発見を目指す

大きい実験でも、小さい実験と同じ神岡：現場で装置を把握して、データをとって、論文を書く

関谷

午後は 宇宙線研６F大セミナー室にて2023年6月10日 宇宙線研究所大学院進学ガイダンス22