顔写真

シミズ　イタル
清水　格
Itaru Shimizu
所属
ニュートリノ科学研究センター
職名
准教授
学位

  • 博士（理学）（東北大学）

  • 修士（理学）（東北大学）

所属学協会 1

  • 日本物理学会

研究キーワード 1

  • ニュートリノ

研究分野 1

  • 自然科学一般 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理にする理論 /

論文 55

  1. Measurement of cosmic-ray muon spallation products in a xenon-loaded liquid scintillator with KamLAND 査読有り

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, M. Koga, M. Kurasawa, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, Z. Fu, J. Smolsky, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, S. Dell'Oro, T. O'Donnell, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, K. M. Weerman, C. Grant, A. Li, H. Song

    Physical Review C　107　(5)　2023年5月22日

    出版者・発行元：American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevc.107.054612 　

    ISSN：2469-9985

    eISSN：2469-9993

  2. First measurement of the strange axial coupling constant using neutral-current quasielastic interactions of atmospheric neutrinos at KamLAND 査読有り

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, M. Koga, M. Kurasawa, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, Z. Fu, J. Smolsky, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, A. Li, H. Song, S. Dell’Oro, T. O’Donnell

    Physical Review D　107　(7)　2023年4月19日

    出版者・発行元：American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.107.072006 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  3. Search for Majorana neutrinos 招待有り 査読有り

    Itaru Shimizu

    Progress of Theoretical and Experimental Physics　2023年3月15日

    出版者・発行元：Oxford University Press (OUP)

    DOI： 10.1093/ptep/ptad038 　

    eISSN：2050-3911

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    Abstract Whether there exist elementary particles having Majorana nature is a fundamental open question that has persisted since the 1930s. The only practical experiments to test the Majorana nature of neutrinos is the search for neutrinoless double-beta decay, which has been a major challenge for nuclear and particle physicists. In the 2000s, a number of experiments using advanced technologies were planned, some of which have already achieved significant improvements in the search sensitivity. In this article, the current status of the neutrinoless double-beta decay searches is summarized, reviewing the progress of KamLAND-Zen, which recorded the world’s best sensitivity in the effective Majorana neutrino mass limit.

  4. KamNet: An integrated spatiotemporal deep neural network for rare event searches in KamLAND-Zen

    A. Li, Z. Fu, C. Grant, H. Ozaki, I. Shimizu, H. Song, A. Takeuchi, L. A. Winslow

    Physical Review C　107　(1)　2023年1月30日

    出版者・発行元：American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevc.107.014323 　

    ISSN：2469-9985

    eISSN：2469-9993

  5. Search for the Majorana Nature of Neutrinos in the Inverted Mass Ordering Region with KamLAND-Zen

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, S. Hayashida, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, M. Koga, M. Kurasawa, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, D. Chernyak, A. Kozlov, K. Z. Nakamura, S. Yoshida, Y. Takemoto, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, J. Smolsky, Z. Fu, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, S. Dell’Oro, T. O’Donnell, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, A. Li, H. Song

    Physical Review Letters　130　(5)　2023年1月30日

    出版者・発行元：American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevlett.130.051801 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

  6. KamLAND’s search for correlated low-energy electron antineutrinos with astrophysical neutrinos from IceCube

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, T. Kinoshita, M. Koga, M. Kurasawa, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A.K. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B.E. Berger, B.K. Fujikawa, J.G. Learned, J. Maricic, S.N. Axani, J. Smolsky, J. Lertprasertpong, L.A. Winslow, Z. Fu, J. Ouellet, Y. Efremenko, H.J. Karwowski, D.M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J.A. Detwiler, S. Enomoto, M.P. Decowski, C. Grant, H. Song, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    Astroparticle Physics　143　102758-102758　2022年10月

    出版者・発行元：Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.astropartphys.2022.102758 　

    ISSN：0927-6505

  7. Abundances of Uranium and Thorium Elements in Earth Estimated by Geoneutrino Spectroscopy

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, M. Koga, M. Kurasawa, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, Z. Fu, J. Smolsky, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, H. Song, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    Geophysical Research Letters　49　(16)　2022年8月16日

    出版者・発行元：American Geophysical Union (AGU)

    DOI： 10.1029/2022gl099566 　

    ISSN：0094-8276

    eISSN：1944-8007

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    Abstract The decay of the primordial isotopes <sup>238</sup>U, <sup>235</sup>U, <sup>232</sup>Th, and <sup>40</sup>K has contributed to the terrestrial heat budget throughout the Earth's history. Hence, the individual abundance of those isotopes are key parameters in reconstructing contemporary Earth models. The geoneutrinos produced by the radioactive decays of uranium and thorium have been observed with the Kamioka Liquid‐Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND). Those measurements have been improved with more than 18‐year observation time, and improvement in detector background levels mainly with an 8‐year nearly reactor‐free period, which now permit spectroscopy with geoneutrinos. Our results yield the first constraint on both uranium and thorium heat contributions. The KamLAND result is consistent with geochemical estimations based on elemental abundances of chondritic meteorites and mantle peridotites. The High‐Q model is disfavored at 99.76% C.L. and a fully radiogenic model is excluded at 5.2σ assuming a homogeneous heat producing element distribution in the mantle.

  8. Search for Supernova Neutrinos and Constraint on the Galactic Star Formation Rate with the KamLAND Data

    S. Abe, S. Asami, M. Eizuka, S. Futagi, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, M. Koga, M. Kurasawa, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, T. Nakahata, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Kotera, Y. Urano, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, L. A. Winslow, Z. Fu, J. Smolsky, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, H. Song, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    The Astrophysical Journal　934　(1)　85-85　2022年7月1日

    出版者・発行元：American Astronomical Society

    DOI： 10.3847/1538-4357/ac7a3f 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    Abstract We present the results of a search for core-collapse supernova neutrinos, using long-term KamLAND data from 2002 March 9 to 2020 April 25. We focus on the electron antineutrinos emitted from supernovae in the energy range of 1.8–111 MeV. Supernovae will make a neutrino event cluster with the duration of ∼10 s in the KamLAND data. We find no neutrino clusters and give the upper limit on the supernova rate to be 0.15 yr<sup>−1</sup> with a 90% confidence level. The detectable range, which corresponds to a &gt;95% detection probability, is 40–59 kpc and 65–81 kpc for core-collapse supernovae and failed core-collapse supernovae, respectively. This paper proposes to convert the supernova rate obtained by the neutrino observation to the Galactic star formation rate. Assuming a modified Salpeter-type initial mass function, the upper limit on the Galactic star formation rate is &lt;(17.5–22.7) M<sub>⊙</sub> yr<sup>−1</sup> with a 90% confidence level.

  9. A Search for Correlated Low-energy Electron Antineutrinos in KamLAND with Gamma-Ray Bursts 査読有り

    S. Abe, S. Asami, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, T. Kinoshita, M. Koga, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, M. Eizuka, M. Kurasawa, T. Nakahata, S. Futagi, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, J. Smolsky, C. Laber-Smith, L. A. Winslow, Z. Fu, J. Ouellet, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, H. Song, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    The Astrophysical Journal　927　(1)　69-69　2022年3月7日

    出版者・発行元：American Astronomical Society

    DOI： 10.3847/1538-4357/ac4e7e 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    Abstract We present the results of a time-coincident event search for low-energy electron antineutrinos in the KamLAND detector with gamma-ray bursts (GRBs) from the Gamma-ray Coordinates Network and Fermi Gamma-ray Burst Monitor. Using a variable coincidence time window of ±500 s plus the duration of each GRB, no statistically significant excess above the background is observed. We place the world’s most stringent 90% confidence level upper limit on the electron antineutrino fluence below 17.5 MeV. Assuming a Fermi–Dirac neutrino energy spectrum from the GRB source, we use the available redshift data to constrain the electron antineutrino luminosity and effective temperature.

  10. Limits on Astrophysical Antineutrinos with the KamLAND Experiment 査読有り

    S. Abe, S. Asami, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, S. Hayashida, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, T. Kinoshita, M. Koga, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, K. Ueshima, Y. Wada, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, A. Kozlov, D. Chernyak, Y. Takemoto, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, S. Hirata, K. Z. Nakamura, M. Yoshida, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, L. A. Winslow, Z. Fu, J. Ouellet, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    The Astrophysical Journal　925　(1)　14-14　2022年1月20日

    出版者・発行元：American Astronomical Society

    DOI： 10.3847/1538-4357/ac32c1 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    Abstract We report on a search for electron antineutrinos (${\bar{\nu } }_{e}$) from astrophysical sources in the neutrino energy range 8.3–30.8 MeV with the KamLAND detector. In an exposure of 6.72 kton-year of the liquid scintillator, we observe 18 candidate events via the inverse beta decay reaction. Although there is a large background uncertainty from neutral current atmospheric neutrino interactions, we find no significant excess over background model predictions. Assuming several supernova relic neutrino spectra, we give upper flux limits of 60–110 cm<sup>−2</sup> s<sup>−1</sup> (90% confidence level, CL) in the analysis range and present a model-independent flux. We also set limits on the annihilation rates for light dark matter pairs to neutrino pairs. These data improve on the upper probability limit of <sup>8</sup>B solar neutrinos converting into ${\bar{\nu } }_{e}$, ${P}_{ { \nu }_{e}\to {\bar{\nu } }_{e } }\lt 3.5\times {10}^{-5}$ (90% CL) assuming an undistorted ${\bar{\nu } }_{e}$ shape. This corresponds to a solar ${\bar{\nu } }_{e}$ flux of 60 cm<sup>−2</sup> s<sup>−1</sup> (90% CL) in the analysis energy range.

  11. Search for Solar Flare Neutrinos with the KamLAND Detector 査読有り

    S. Abe, S. Asami, A. Gando, Y. Gando, T. Gima, A. Goto, T. Hachiya, K. Hata, S. Hayashida, K. Hosokawa, K. Ichimura, S. Ieki, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, N. Kawada, Y. Kishimoto, T. Kinoshita, M. Koga, N. Maemura, T. Mitsui, H. Miyake, K. Nakamura, K. Nakamura, R. Nakamura, H. Ozaki, T. Sakai, H. Sambonsugi, I. Shimizu, J. Shirai, K. Shiraishi, A. Suzuki, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, K. Ueshima, Y. Wada, H. Watanabe, Y. Yoshida, S. Obara, A. K. Ichikawa, A. Kozlov, D. Chernyak, Y. Takemoto, S. Yoshida, S. Umehara, K. Fushimi, K. Z. Nakamura, M. Yoshida, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, S. N. Axani, L. A. Winslow, Z. Fu, J. Ouellet, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, A. Li, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, C. Grant, T. O’Donnell, S. Dell’Oro

    The Astrophysical Journal　924　(2)　103-103　2022年1月17日

    出版者・発行元：American Astronomical Society

    DOI： 10.3847/1538-4357/ac35d1 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    Abstract We report the result of a search for neutrinos in coincidence with solar flares from the GOES flare database. The search was performed on a 10.8 kton-year exposure of KamLAND collected from 2002 to 2019. This large exposure allows us to explore previously unconstrained parameter space for solar flare neutrinos. We found no statistical excess of neutrinos and established 90% confidence level upper limits of 8.4 × 10<sup>7</sup> cm<sup>−2</sup> (3.0 × 10<sup>9</sup> cm<sup>−2</sup>) on the electron antineutrino (electron neutrino) fluence at 20 MeV normalized to the X12 flare, assuming that the neutrino fluence is proportional to the X-ray intensity.

  12. The nylon balloon for xenon loaded liquid scintillator in KamLAND-Zen 800 neutrinoless double-beta decay search experiment 査読有り

    Y. Gando, A. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, K. Hosokawa, H. Ikeda, T. Mitsui, T. Nakada, S. Obara, H. Ozaki, J. Shirai, K. Ueshima, H. Watanabe, S. Abe, K. Hata, A. Hayashi, Y. Honda, S. Ieki, K. Inoue, K. Ishidoshiro, S. Ishikawa, Y. Kamei, K. Kamizawa, Y. Karino, N. Kawada, T. Kinoshita, M. Koga, S. Matsuda, H. Miyake, K. Nakamura, K. Nemoto, A. Ono, N. Ota, S. Otsuka, Y. Shibukawa, I. Shimizu, Y. Shirahata, K. Soma, A. Suzuki, A.A. Suzuki, T. Takai, A. Takeuchi, K. Tamae, Y. Teraoka, Y. Wada, D. Chernyak, A. Kozlov, S. Yoshida, S. Umehara, Y. Takemoto, K. Fushimi, S. Hirata, C. Grant, A. Li, J.G. Learned, J. Maricic, B.E. Berger, B.K. Fujikawa, S. Fraker, A. Herman, E. Krupczak, G.L. Pease, L.A. Winslow, Y. Efremenko, H.J. Karwowski, D.M. Markoff, W. Tornow, T. O'Donnell, S. Dell'Oro, J.A. Detwiler, S. Enomoto, M.P. Decowski

    Journal of Instrumentation　16　(08)　P08023-P08023　2021年8月9日

    出版者・発行元：IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1748-0221/16/08/p08023 　

    eISSN：1748-0221

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    The KamLAND-Zen 800 experiment is searching for the neutrinoless double-beta decay of 136Xe by using 136Xe-loaded liquid scintillator. The liquid scintillator is enclosed inside a balloon made of thin, transparent, low-radioactivity film that we call Inner Balloon (IB). The IB, apart from guaranteeing the liquid containment, also allows to minimize the background from cosmogenic muon-spallation products and 8B solar neutrinos. Indeed these events could contribute to the total counts in the region of interest around the Q-value of the double-beta decay of 136Xe. In this paper, we present an overview of the IB and describe the various steps of its commissioning minimizing the radioactive contaminations, from the material selection, to the fabrication of the balloon and its installation inside the KamLAND detector. Finally, we show the impact of the IB on the KamLAND background as measured by the KamLAND detector itself.

  13. Low-energy astrophysics with KamLAND 査読有り

    Nanami Kawada, Shuhei Obara, Koji Ishidoshiro, Seisho Abe, Sachihiro Asami, Azusa Gando, Yoshihito Gando, Tomomi Gima, Anna Goto, Takahiko Hachiya, Kazumi Hata, Shingo Hayashida, Keishi Hosokawa, Koichi Ichimura, Sei Ieki, Haruo Ikeda, Kunio Inoue, Yuto Kamei, Yasuhiro Kishimoto, Tatsuya Kinoshita, Masayuki Koga, Naoya Maemura, Tadao Mitsui, Haruhiko Miyake, Kengo Nakamura, Kosuke Nakamura, Rikuo Nakamura, Hideyoshi Ozaki, Taichi Sakai, Hiroto Sambonsugi, Itaru Shimizu, Junpei Shirai, Kensuke Shiraishi, Atsuto SUZUKI, Yuya Suzuki, Atsuto Takeuchi, Kyoko Tamae, Kota Ueshima, Yoshiki Wada, Hiroko Watanabe, Yuki Yoshida, Atsuko Ichikawa, Alexandre Kozlov, Dmitry CHERNYAK, Yasuhiro Takemoto, Sei Yoshida, Saori Umehara, Ken-Ichi Fushimi, Kazuhiro Nakamura, Masashi Yoshida, Bruce Edmond Berger, Brian Kurt Fujikawa, John Gregory Learned, Jelena Maricic, Spencer N. Axani, Lindley Anne Winslow, Zhenghao Fu, Jonathan Ouellet, Yuri Efremenko, Hugon J. Karwowski, Dian M. Markoff, Werner Tornow, Aobo Li, Jason A. Detwiler, Sanshiro Enomoto, Patric Decowski, Chistopher Grant, Thomas O'Donnell, Stefano Dell'Oro

    2021年7月29日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.22323/1.395.1163 　

  14. Precision Analysis of the Xe136 Two-Neutrino ββ Spectrum in KamLAND-Zen and Its Impact on the Quenching of Nuclear Matrix Elements 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, M. Ha Minh, S. Hayashida, Y. Honda, K. Hosokawa, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Kamei, K. Kamizawa, T. Kinoshita, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, A. Ono, N. Ota, S. Otsuka, H. Ozaki, Y. Shibukawa, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, T. Sato, K. Soma, A. Suzuki, A. Takeuchi, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, D. Chernyak, A. Kozlov, S. Obara, S. Yoshida, Y. Takemoto, S. Umehara, K. Fushimi, S. Hirata, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, J. G. Learned, J. Maricic, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, T. O’Donnell, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski, J. Menéndez, R. Dvornický, F. Šimkovic

    Physical Review Letters　122　(19)　2019年5月13日

    出版者・発行元：American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevlett.122.192501 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

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    We present a precision analysis of the Xe136 two-neutrino ββ electron spectrum above 0.8 MeV, based on high-statistics data obtained with the KamLAND-Zen experiment. An improved formalism for the two-neutrino ββ rate allows us to measure the ratio of the leading and subleading 2νββ nuclear matrix elements (NMEs), ζ312ν=-0.26-0.25+0.31. Theoretical predictions from the nuclear shell model and the majority of the quasiparticle random-phase approximation (QRPA) calculations are consistent with the experimental limit. However, part of the ζ312ν range allowed by the QRPA is excluded by the present measurement at the 90% confidence level. Our analysis reveals that predicted ζ312ν values are sensitive to the quenching of NMEs and the competing contributions from low- and high-energy states in the intermediate nucleus. Because these aspects are also at play in neutrinoless ββ decay, ζ312ν provides new insights toward reliable neutrinoless ββ NMEs.

  15. Double Beta Decay Experiments With Loaded Liquid Scintillator 招待有り 査読有り

    I. Shimizu, M. Chen

    Frontiers in Physics　7　33　2019年3月

  16. A Search for Electron Antineutrinos Associated with Gravitational-wave Events GW150914 and GW151226 Using KamLAND (vol 829, L34, 2016) 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, A. Hayashi, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Karino, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, H. Ozaki, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, T. Takai, K. Tamae, Y. Teraoka, K. Ueshima, H. Watanabe, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, A. Piepke, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, J. G. Learned, J. Maricic, M. Sakai, L. A. Winslow, E. Krupczak, J. Ouellet, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS　851　(1)　L34　2017年12月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.3847/2041-8213/aa9a32 　

    ISSN：2041-8205

    eISSN：2041-8213

  17. KamLAND: geo-neutrino measurement in Japan 招待有り 査読有り

    Itaru Shimizu

    ANNALS OF GEOPHYSICS　60　(1)　S0113　2017年

    出版者・発行元：IST NAZIONALE DI GEOFISICA E VULCANOLOGIA

    DOI： 10.4401/ag-7388 　

    ISSN：1593-5213

    eISSN：2037-416X

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    Geoneutrinos are antineutrinos produced in radioactive isotope decays inside the Earth. Those antineutrinos are neutral particle and can be detected by weak interaction, however, due to extremely small cross section, there were no feasible experiments for a long time. The observation of geoneutrinos has been finally made using large-size liquid scintillator detectors, KamLAND and Borexino. In this article, the latest result of KamLAND and future prospects of geo (nu) over bar (e) measurements are reviewed.

  18. A SEARCH FOR ELECTRON ANTINEUTRINOS ASSOCIATED WITH GRAVITATIONAL-WAVE EVENTS GW150914 AND GW151226 USING KAMLAND 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, A. Hayashi, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Karino, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, H. Ozaki, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, T. Takai, K. Tamae, Y. Teraoka, K. Ueshima, H. Watanabe, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, A. Piepke, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, J. G. Learned, J. Maricic, M. Sakai, L. A. Winslow, E. Krupczak, J. Ouellet, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS　829　(2)　2016年10月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.3847/2041-8205/829/2/L34 　

    ISSN：2041-8205

    eISSN：2041-8213

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    We present a search, using KamLAND, a kiloton-scale anti-neutrino detector, for low-energy anti-neutrino events that were coincident with the gravitational-wave (GW) events GW150914 and GW151226, and the candidate event LVT151012. We find no inverse beta-decay neutrino events within +/-500 s of either GW signal. This non-detection is used to constrain the electron anti-neutrino fluence and the total integrated luminosity of the astrophysical sources.

  19. Search for Majorana Neutrinos Near the Inverted Mass Hierarchy Region with KamLAND-Zen (vol 117, 082503, 2016) 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, A. Hayashi, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Karino, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, H. Ozaki, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, T. Takai, K. Tamae, Y. Teraoka, K. Ueshima, H. Watanabe, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　117　(10)　109903　2016年9月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.117.109903 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

  20. Search for Majorana Neutrinos Near the Inverted Mass Hierarchy Region with KamLAND-Zen 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, A. Hayashi, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Karino, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, H. Ozaki, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, T. Takai, K. Tamae, Y. Teraoka, K. Ueshima, H. Watanabe, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　117　(8)　082503　2016年8月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.117.082503 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

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    We present an improved search for neutrinoless double-beta (0 nu beta beta) decay of Xe-136 in the KamLAND-Zen experiment. Owing to purification of the xenon-loaded liquid scintillator, we achieved a significant reduction of the Ag-110m contaminant identified in previous searches. Combining the results from the first and second phase, we obtain a lower limit for the 0 nu beta beta decay half-life of T-1/2(0 nu) &gt; 1.07 x 10(26) yr at 90% C.L., an almost sixfold improvement over previous limits. Using commonly adopted nuclear matrix element calculations, the corresponding upper limits on the effective Majorana neutrino mass are in the range 61-165 meV. For the most optimistic nuclear matrix elements, this limit reaches the bottom of the quasidegenerate neutrino mass region.

  21. Search for double-beta decay of Xe-136 to excited states of Ba-136 with the KamLAND-Zen experiment 査読有り

    K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, M. Otani, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yoshida, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    NUCLEAR PHYSICS A　946　171-181　2016年2月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.nuclphysa.2015.11.011 　

    ISSN：0375-9474

    eISSN：1873-1554

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    A search for double-beta decays of Xe-136 to excited states of Ba-136 has been performed with the first phase data set of the KamLAND-Zen experiment. The 0(1)(+), 2(1)(+) and 2(2)(+) transitions of 0 nu beta beta decay were evaluated in an exposure of 89.5 kg. yr of Xe-136, while the same transitions of 2 nu beta beta decay were evaluated in an exposure of 61.8 kg. yr. No excess over background was found for all decay modes. The lower half-life limits of the 2(1)(+) state transitions of 0 nu beta beta and 2 nu beta beta decay were improved to T-1/2(0 nu) (0(+) -&gt; 2(1)(+)) &gt; 2.6 x 10(25) yr and T-1/2(2 nu)) (0(+) -&gt; 2(1)(+)) &gt; 4.6 x 10(23) yr (90% C.L.), respectively. We report on the first experimental lower half-life limits for the transitions to the 0(1)(+) Oil-state of Xe-136 for 0 nu beta beta and 2 nu beta beta decay. They are T-1/2(0 nu) (0(+) -&gt; 0(1)(+)) &gt; 2.4 x 10(25) yr and T-1/2(2 nu)(0(+) -&gt; 0(1)(+)) &gt; 8.3 x 10(23) yr (90% C.L.). The transitions to the 22 states are also evaluated for the first time to be T-1/2(0 nu) (0(+) -&gt; 2(2)(+)) &gt; 2.6 x 10(25) yr and T-1/2(2 nu) (0(+) -&gt; 2(2)(+)) &gt; 9.0 x 10(23) yr (90% C.L.). These results are compared to recent theoretical predictions. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

  22. KamLAND SENSITIVITY TO NEUTRINOS FROM PRE-SUPERNOVA STARS 査読有り

    K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, A. Piepke, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, J. G. Learned, J. Maricic, S. Matsuno, M. Sakai, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    ASTROPHYSICAL JOURNAL　818　(1)　91　2016年2月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.3847/0004-637X/818/1/91 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    In the late stages of nuclear burning for massive stars (M &gt; 8 M-circle dot), the production of neutrino-antineutrino pairs through various processes becomes the dominant stellar cooling mechanism. As the star evolves, the energy of these neutrinos increases and in the days preceding the supernova a significant fraction of emitted electron antineutrinos exceeds the energy threshold for inverse beta decay on free hydrogen. This is the golden channel for liquid scintillator detectors because the coincidence signature allows for significant reductions in background signals. We find that the kiloton-scale liquid scintillator detector KamLAND can detect these pre-supernova neutrinos from a star with a mass of 25 M-circle dot at a distance less than 690 pc with 3 sigma significance before the supernova. This limit is dependent on the neutrino mass ordering and background levels. KamLAND takes data continuously and can provide a supernova alert to the community.

  23. Be-7 solar neutrino measurement with KamLAND 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, H. Ishikawa, Y. Kishimoto, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakajima, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Oki, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, Y. Yamauchi, H. Yoshida, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, C. Grant, G. Keefer, D. W. McKee, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, L. Hsu, K. Ichimura, H. Murayama, T. O'Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. Dwyer, C. Mauger, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, J. G. Learned, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, A. Tang, K. E. Downum, K. Tolich, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, K. Heeger, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW C　92　(5)　055808　2015年11月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevC.92.055808 　

    ISSN：0556-2813

    eISSN：1089-490X

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    We report a measurement of the neutrino-electron elastic scattering rate of 862 keV Be-7 solar neutrinos based on a 165.4 kt d exposure of KamLAND. The observed rate is 582 +/- 94(kt d)(-1), which corresponds to an 862-keV Be-7 solar neutrino flux of (3.26 +/- 0.52) x 10(9) cm(-2) s(-1), assuming a pure electron-flavor flux. Comparing this flux with the standard solar model prediction and further assuming three-flavor mixing, a.e survival probability of 0.66 +/- 0.15 is determined from the KamLAND data. Utilizing a global three-flavor oscillation analysis, we obtain a total Be-7 solar neutrino flux of (5.82 +/- 1.02) x 10(9) cm(-2) s(-1), which is consistent with the standard solar model predictions.

  24. Search for the proton decay mode p→νK+ with KamLAND 査読有り

    K. Asakura

    Physical Review D　92　(5)　052006　2015年9月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevD.92.052006 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  25. STUDY OF ELECTRON ANTI-NEUTRINOS ASSOCIATED WITH GAMMA-RAY BURSTS USING KamLAND 査読有り

    K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, Y. Oki, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yoshida, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, A. Piepke, T. I. Banks, B. E. Berger, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, J. G. Learned, J. Maricic, M. Sakai, L. A. Winslow, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    ASTROPHYSICAL JOURNAL　806　(1)　87　2015年6月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.1088/0004-637X/806/1/87 　

    ISSN：0004-637X

    eISSN：1538-4357

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    We search for electron anti-neutrinos ((V) over bar (e)) from long- and short-duration gamma-ray bursts (GRBs) using data taken by the Kamioka Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector (KamLAND) from 2002 August to 2013 June. No statistically significant excess over the background level is found. We place the tightest upper limits on (V) over bar (e) fluence from GRBs below 7 MeV and place first constraints on the relation between (V) over bar (e) luminosity and effective temperature.

  26. Physics potential of a long-baseline neutrino oscillation experiment using a J-PARC neutrino beam and Hyper-Kamiokande 査読有り

    K. Abe, H. Aihara, C. Andreopoulos, I. Anghel, A. Ariga, T. Ariga, R. Asfandiyarov, M. Askins, J. J. Back, P. Ballett, M. Barbi, G. J. Barker, G. Barr, F. Bay, P. Beltrame, V. Berardi, M. Bergevin, S. Berkman, T. Berry, S. Bhadra, F. D. M. Blaszczyk, A. Blondel, S. Bolognesi, S. B. Boyd, A. Bravar, C. Bronner, F. S. Cafagna, G. Carminati, S. L. Cartwright, M. G. Catanesi, K. Choi, J. H. Choi, G. Collazuol, G. Cowan, L. Cremonesi, G. Davies, G. De Rosa, C. Densham, J. Detwiler, D. Dewhurst, F. Di Lodovico, S. Di Luise, O. Drapier, S. Emery, A. Ereditato, P. Fernandez, T. Feusels, A. Finch, M. Fitton, M. Friend, Y. Fujii, Y. Fukuda, D. Fukuda, V. Galymov, K. Ganezer, M. Gonin, P. Gumplinger, D. R. Hadley, L. Haegel, A. Haesler, Y. Haga, B. Hartfiel, M. Hartz, Y. Hayato, M. Hierholzer, J. Hill, A. Himmel, S. Hirota, S. Horiuchi, K. Huang, A. K. Ichikawa, T. Iijima, M. Ikeda, J. Imber, K. Inoue, J. Insler, R. A. Intonti, T. Irvine, T. Ishida, H. Ishino, M. Ishitsuka, Y. Itow, A. Izmaylov, B. Jamieson, H. I. Jang, M. Jiang, K. K. Joo, C. K. Jung, A. Kaboth, T. Kajita, J. Kameda, Y. Karadhzov, T. Katori, E. Kearns, M. Khabibullin, A. Khotjantsev, J. Y. Kim, S. B. Kim, Y. Kishimoto, T. Kobayashi, M. Koga, A. Konaka, L. L. Kormos, A. Korzenev, Y. Koshio, W. R. Kropp, Y. Kudenko, T. Kutter, M. Kuze, L. Labarga, J. Lagoda, M. Laveder, M. Lawe, J. G. Learned, I. T. Lim, T. Lindner, A. Longhin, L. Ludovici, W. Ma, L. Magaletti, K. Mahn, M. Malek, C. Mariani, L. Marti, J. F. Martin, C. Martin, P. P. J. Martins, E. Mazzucato, N. McCauley, K. S. McFarland, C. McGrew, M. Mezzetto, H. Minakata, A. Minamino, S. Mine, O. Mineev, M. Miura, J. Monroe, T. Mori, S. Moriyama, T. Mueller, F. Muheim, M. Nakahata, K. Nakamura, T. Nakaya, S. Nakayama, M. Needham, T. Nicholls, M. Nirkko, Y. Nishimura, E. Noah, J. Nowak, H. Nunokawa, H. M. O'Keeffe, Y. Okajima, K. Okumura, S. M. Oser, E. O'Sullivan, T. Ovsiannikova, R. A. Owen, Y. Oyama, J. Perez, M. Y. Pac, V. Palladino, J. L. Palomino, V. Paolone, D. Payne, O. Perevozchikov, J. D. Perkin, C. Pistillo, S. Playfer, M. Posiadala-Zezula, J. -M. Poutissou, B. Quilain, M. Quinto, E. Radicioni, P. N. Ratoff, M. Ravonel, M. A. Rayner, A. Redij, F. Retiere, C. Riccio, E. Richard, E. Rondio, H. J. Rose, M. Ross-Lonergan, C. Rott, S. D. Rountree, A. Rubbia, R. Sacco, M. Sakuda, M. C. Sanchez, E. Scantamburlo, K. Scholberg, M. Scott, Y. Seiya, T. Sekiguchi, H. Sekiya, A. Shaikhiev, I. Shimizu, M. Shiozawa, S. Short, G. Sinnis, M. B. Smy, J. Sobczyk, H. W. Sobel, T. Stewart, J. L. Stone, Y. Suda, Y. Suzuki, A. T. Suzuki, R. Svoboda, R. Tacik, A. Takeda, A. Taketa, Y. Takeuchi, H. A. Tanaka, H. K. M. Tanaka, H. Tanaka, R. Terri, L. F. Thompson, M. Thorpe, S. Tobayama, N. Tolich, T. Tomura, C. Touramanis, T. Tsukamoto, M. Tzanov, Y. Uchida, M. R. Vagins, G. Vasseur, R. B. Vogelaar, C. W. Walter, D. Wark, M. O. Wascko, A. Weber, R. Wendell, R. J. Wilkes, M. J. Wilking, J. R. Wilson, T. Xin, K. Yamamoto, C. Yanagisawa, T. Yano, S. Yen, N. Yershov, M. Yokoyama, M. Zito

    PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS　(5)　053C02　2015年5月

    出版者・発行元：OXFORD UNIV PRESS INC

    DOI： 10.1093/ptep/ptv061 　

    ISSN：2050-3911

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    Hyper-Kamiokande will be a next-generation underground water Cherenkov detector with a total (fiducial) mass of 0.99 (0.56) million metric tons, approximately 20 (25) times larger than that of Super-Kamiokande. One of the main goals of Hyper-Kamiokande is the study of CP asymmetry in the lepton sector using accelerator neutrino and anti-neutrino beams. In this paper, the physics potential of a long-baseline neutrino experiment using the Hyper-Kamiokande detector and a neutrino beam from the J-PARC proton synchrotron is presented. The analysis uses the framework and systematic uncertainties derived from the ongoing T2K experiment. With a total exposure of 7.5 MW x 10(7) s integrated proton beam power (corresponding to 1.56 x 10(22) protons on target with a 30 GeV proton beam) to a 2.5 degrees off-axis neutrino beam, it is expected that the leptonic CP phase delta(CP) can be determined to better than 19 degrees for all possible values of delta(CP), and CP violation can be established with a statistical significance of more than 3 sigma (5 sigma) for 76% (58%) of the delta(CP) parameter space. Using both nu(e) appearance and nu(mu) disappearance data, the expected 1 sigma uncertainty of sin(2) theta(23) is 0.015(0.006) for sin(2) theta(23) = 0.5(0.45).

  27. Results from KamLAND-Zen

    K. Asakura, A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, T. Ishikawa, S. Ishio, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, S. Obara, Y. Oki, M. Otani, T. Oura, I. Shimizu, Y. Shirahata, J. Shirai, A. Suzuki, H. Tachibana, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, Y. Yamauchi, H. Yoshida, A. Kozlov, Y. Takemoto, S. Yoshida, K. Fushimi, T. I. Banks, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, T. O'Donnell, L. A. Winslow, B. E. Berger, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    XXVI INTERNATIONAL CONFERENCE ON NEUTRINO PHYSICS AND ASTROPHYSICS (NEUTRINO 2014)　1666　170003　2015年

    出版者・発行元：AMER INST PHYSICS

    DOI： 10.1063/14915593 　

    ISSN：0094-243X

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    KamLAND-Zen reports on a preliminary search for neutrinoless double-beta decay with Xe-136 based on 114.8 live-days after the purification of the xenon loaded liquid scintillator. In this data, the problematic Ag-11 m background peak identified in previous searches is reduced by more than a factor of 10. By combining the KamLAND-Zen pre- and post-purification data, we obtain a preliminary lower limit on the 0 nu beta beta decay half-life of T-1/2(0 nu) &gt; 2.6 x 10(25) yr at 90% C.L. The search sensitivity will be enhanced with additional low background data after the purification. Prospects for further improvements with future KamLAND-Zen upgrades are also presented.

  28. Past and Present Experiments of Geoneutrinos

    Itaru Shimizu

    13TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TOPICS IN ASTROPARTICLE AND UNDERGROUND PHYSICS, TAUP 2013　61　355-358　2015年

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.phpro.2014.12.075 　

    ISSN：1875-3892

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    Geoneutrinos are antineutrinos produced in radioactive decays within Earth's interior. Those antineutrinos can be detected by inverse beta-decays of protons, however, due to extremely small cross section, there were no feasible experiments for a long time. Owing to the development of large-size antineutrino detectors, the observation of geoneutrinos has been finally made, and then composition models of the Earth are constrained from the radiogenic heat estimate. In this article, the latest results from ongoing experiments, KamLAND and Borexino, are reviewed. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.

  29. A compact ultra-clean system for deploying radioactive sources inside the KamLAND detector 査読有り

    T. I. Banks, S. J. Freedman, J. Wallig, N. Ybarrolaza, A. Gando, Y. Gando, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kishimoto, M. Koga, T. Mitsui, K. Nakamura, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yoshida, S. Yoshida, A. Kozlov, C. Grant, G. Keefer, A. Piepke, T. Bloxham, B. K. Fujikawa, K. Han, K. Ichimura, H. Murayama, T. O'Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. A. Dwyer, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, K. E. Downum, G. Gratta, Y. Efremenko, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT　769　(1)　88-96　2015年1月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.nima.2014.09.068 　

    ISSN：0168-9002

    eISSN：1872-9576

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    We describe a compact, ultra-clean device used to deploy radioactive sources along the vertical axis of the KamLAND liquid-scintillator neutrino detector for purposes of calibration. The device worked by paying out and reeling in precise lengths of a hanging, small-gauge wire rope (cable); an assortment of interchangeable radioactive sources could be attached to a weight at the end of the cable. All components exposed to the radiopure liquid scintillator were made of chemically compatible UHV-cleaned materials, primarily stainless steel, in order to avoid contaminating or degrading the scintillator. To prevent radon intrusion, the apparatus was enclosed in a hermetically sealed housing inside a glove box, and both volumes were regularly flushed with purified nitrogen gas. An infrared camera attached to the side of the housing permitted real-Lime visual monitoring of the cable's motion, and the system was controlled via a graphical user interface. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

  30. Laboratory studies on the removal of radon-born lead from KamLAND's organic liquid scintillator 査読有り

    G. Keefer, C. Grant, A. Piepke, T. Ebihara, H. Ikeda, Y. Kishimoto, Y. Kibe, Y. Koseki, M. Ogawa, J. Shirai, S. Takeuchi, C. Mauger, C. Zhang, G. Schweitzer, B. E. Berger, S. Dazeley, M. P. Decowski, J. A. Detwiler, Z. Djurcic, D. A. Dwyer, Y. Efremenko, S. Enomoto, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Furuno, A. Gando, Y. Gando, G. Gratta, S. Hatakeyama, K. M. Heeger, L. Hsu, K. Ichimura, K. Inoue, T. Iwamoto, Y. Kamyshkov, H. J. Karwowski, M. Koga, A. Kozlov, C. E. Lane, J. G. Learned, J. Maricic, D. M. Markoff, S. Matsuno, D. McKee, R. D. McKeown, T. Miletic, T. Mitsui, M. Motoki, Kyo Nakajima, Kyohei Nakajima, K. Nakamura, T. O'Donnell, H. Ogawa, F. Piquemal, J. -S. Ricol, I. Shimizu, F. Suekane, A. Suzuki, R. Svoboda, O. Tajima, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Tolich, W. Tornow, Hideki Watanabe, Hiroko Watanabe, L. A. Winslow, S. Yoshida

    NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT　769　(1)　79-87　2015年1月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.nima.2014.09.050 　

    ISSN：0168-9002

    eISSN：1872-9576

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    The removal of radioactivity from liquid scintillator has been studied in preparation of a low background phase of KamLAND. This paper describes the methods and techniques developed to measure and efficiently extract radon decay products from liquid scintillator. We report the radio-isotope reduction factors obtained when applying various extraction methods. During this study, distillation was identified as the most efficient method for removing radon-born lead from liquid scintillator. Published by Elsevier B.V.

  31. Precision (nu)over-bar(e)-electron scattering measurements with IsoDAR to search for new physics 査読有り

    J. M. Conrad, M. H. Shaevitz, I. Shimizu, J. Spitz, M. Toups, L. Winslow

    PHYSICAL REVIEW D　89　(7)　072010　2014年4月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevD.89.072010 　

    ISSN：1550-7998

    eISSN：1550-2368

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    IsoDAR provides a pure and intense (nu) over bar (e) source with an average energy of 6.5 MeV produced through Li-8 beta decay. This source can be paired with a large scintillator detector, such as KamLAND, to produce a sample of (nu) over bar (e)-electron scatters that is more than 5 times larger than what has been collected before. Such a sample would allow for a 3.2% measurement of sin(2) theta(W) and a sensitive search for nonstandard interactions.

  32. CeLAND: search for a 4th light neutrino state with a 3 PBq 144Ce-144Pr electron antineutrino generator in KamLAND

    A. Gando, Y. Gando, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, H. Ishikawa, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, Y. Oki, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, Y. Yamauchi, H. Yoshida, M. Cribier, M. Durero, V. Fischer, J. Gaffiot, N. Jonqueres, A. Kouchner, T. Lasserre, D. Leterme, A. Letourneau, D. Lhuillier, G. Mention, G. Rampal, L. Scola, Ch. Veyssiere, M. Vivier, P. Yala, B. E. Berger, A. Kozlov, T. Banks, D. Dwyer, B. K. Fujikawa, K. Han, Yu. G. Kolomensky, Y. Mei, T. O'Donnell, P. Decowski, D. M. Markoff, S. Yoshida, V. N. Kornoukhov, T. V, M. Gelis, G. V. Tikhomirov, J. G. Learned, J. Maricic, S. Matsuno, R. Milincic, H. J. Karwowski, Y. Efremenko, A. Detwiler, S. Enomoto

    2013年12月4日

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    The reactor neutrino and gallium anomalies can be tested with a 3-4 PBq<br /> (75-100 kCi scale) 144Ce-144Pr antineutrino beta-source deployed at the center<br /> or next to a large low-background liquid scintillator detector. The<br /> antineutrino generator will be produced by the Russian reprocessing plant PA<br /> Mayak as early as 2014, transported to Japan, and deployed in the Kamioka<br /> Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector (KamLAND) as early as 2015.<br /> KamLAND&#039;s 13 m diameter target volume provides a suitable environment to<br /> measure the energy and position dependence of the detected neutrino flux. A<br /> characteristic oscillation pattern would be visible for a baseline of about 10<br /> m or less, providing a very clean signal of neutrino disappearance into a<br /> yet-unknown, sterile neutrino state. This will provide a comprehensive test of<br /> the electron dissaperance neutrino anomalies and could lead to the discovery of<br /> a 4th neutrino state for Delta_m^2 &gt; 0.1 eV^2 and sin^2(2theta) &gt; 0.05.

  33. White paper: CeLAND - Investigation of the reactor antineutrino anomaly with an intense 144Ce-144Pr antineutrino source in KamLAND

    A. Gando, Y. Gando, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, H. Ishikawa, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, Y. Oki, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, Y. Yamauchi, H. Yoshida, T. Banks, B. E. Berger, M. Cribier, P. Decowski, J. A. Detwiler, M. Durero, D. Dwyer, Y. Efremenko, S. Enomoto, V. Fischer, B. K. Fujikawa, J. Gaffiot, V. M. Gelis, H. J. Karwowski, Yu. G. Kolomensky, A. Kozlov, V. N. Kornoukhov, T. Lasserre, J. G. Learned, A. Letourneau, D. Lhuillier, J. Maricic, D. M. Markoff, S. Matsuno, G. Mention, R. Milincic, T. ODonnell, I. S. Saldikov, L. Scola, G. V. Tikhomirov, Ch. Veyssiere, M. Vivier, S. Yoshida

    2013年9月26日

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    We propose to test for short baseline neutrino oscillations, implied by the<br /> recent reevaluation of the reactor antineutrino flux and by anomalous results<br /> from the gallium solar neutrino detectors. The test will consist of producing a<br /> 75 kCi 144Ce - 144Pr antineutrino source to be deployed in the Kamioka Liquid<br /> Scintillator Anti-Neutrino Detector (KamLAND). KamLAND&#039;s 13m diameter target<br /> volume provides a suitable environment to measure energy and position<br /> dependence of the detected neutrino flux. A characteristic oscillation pattern<br /> would be visible for a baseline of about 10 m or less, providing a very clean<br /> signal of neutrino disappearance into a yet-unknown, &quot;sterile&quot; state. Such a<br /> measurement will be free of any reactor-related uncertainties. After 1.5 years<br /> of data taking the Reactor Antineutrino Anomaly parameter space will be tested<br /> at &gt; 95% C.L.

  34. Reactor on-off antineutrino measurement with KamLAND 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, H. Ishikawa, M. Koga, R. Matsuda, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Oki, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, Y. Yamauchi, H. Yoshida, A. Kozlov, S. Yoshida, A. Piepke, T. I. Banks, B. K. Fujikawa, K. Han, T. O'Donnell, B. E. Berger, J. G. Learned, S. Matsuno, M. Sakai, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　88　(3)　033001　2013年8月2日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.88.033001 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

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    The recent long-term shutdown of Japanese nuclear reactors has resulted in a significantly reduced reactor ν̄e flux at KamLAND. This running condition provides a unique opportunity to confirm and constrain backgrounds for the reactor ν̄e oscillation analysis. The data set also has improved sensitivity for other ν̄e signals, in particular ν̄e's produced in β-decays from U238 and Th232 within the Earth's interior, whose energy spectrum overlaps with that of reactor ν̄e's. Including constraints on θ13 from accelerator and short-baseline reactor neutrino experiments, a combined three-flavor analysis of solar and KamLAND data gives fit values for the oscillation parameters of tan2θ12=0.436-0.025+0.029, Δm212=7.53-0.18+0.18×10-5 eV2, and sin2θ13=0.023-0.002+0.002. Assuming a chondritic Th/U mass ratio, we obtain 116-27+28 ν̄e events from U238 and Th232, corresponding to a geo ν̄e flux of 3.4-0.8+0.8×106 cm-2 s-1 at the KamLAND location. We evaluate various bulk silicate Earth composition models using the observed geo ν̄e rate. © 2013 American Physical Society.

  35. Limit on neutrinoless ββ decay of Xe136 from the first phase of KamLAND-Zen and comparison with the positive claim in Ge76 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, R. Kato, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, D. Motoki, T. Nakada, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Ono, M. Otani, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, H. Yoshida, A. Kozlov, S. Yoshida, T. I. Banks, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, T. O'Donnell, B. E. Berger, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, J. A. Detwiler, S. Enomoto, M. P. Decowski

    Physical Review Letters　110　(6)　062502　2013年2月7日

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.110.062502 　

    ISSN：0031-9007 1079-7114

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    We present results from the first phase of the KamLAND-Zen double-beta decay experiment, corresponding to an exposure of 89.5 kg yr of Xe136. We obtain a lower limit for the neutrinoless double-beta decay half-life of T1/20ν&gt 1.9×1025 yr at 90% C.L. The combined results from KamLAND-Zen and EXO-200 give T1/20ν&gt 3.4×1025 yr at 90% C.L., which corresponds to a Majorana neutrino mass limit of mββ &lt (120-250) meV based on a representative range of available matrix element calculations. Using those calculations, this result excludes the Majorana neutrino mass range expected from the neutrinoless double-beta decay detection claim in Ge76, reported by a part of the Heidelberg-Moscow Collaboration, at more than 97.5% C.L. © 2013 American Physical Society.

  36. Proposal for an Electron Antineutrino Disappearance Search Using High-Rate Li-8 Production and Decay 査読有り

    A. Bungau, A. Adelmann, J. R. Alonso, W. Barletta, R. Barlow, L. Bartoszek, L. Calabretta, A. Calanna, D. Campo, J. M. Conrad, Z. Djurcic, Y. Kamyshkov, M. H. Shaevitz, I. Shimizu, T. Smidt, J. Spitz, M. Wascko, L. A. Winslow, J. J. Yang

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　109　(14)　141802　2012年10月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.109.141802 　

    ISSN：0031-9007

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    This paper introduces an experimental probe of the sterile neutrino with a novel, high-intensity source of electron antineutrinos from the production and subsequent decay of Li-8. When paired with an existing similar to 1 kton scintillator-based detector, this &lt; E-nu &gt; = 6.4 MeV source opens a wide range of possible searches for beyond standard model physics via studies of the inverse beta decay interaction (nu) over bar (e) + p -&gt; e(+) + n. In particular, the experimental design described here has unprecedented sensitivity to (nu) over bar (e) disappearance at Delta m(2) similar to 1 eV(2) and features the ability to distinguish between the existence of zero, one, and two sterile neutrinos.

  37. Limits on Majoron-emitting double-beta decays of Xe-136 in the KamLAND-Zen experiment 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, R. Kato, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, T. Nakada, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Ono, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, H. Yoshida, A. Kozlov, S. Yoshida, T. I. Banks, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, T. O'Donnell, B. E. Berger, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, S. Enomoto, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW C　86　(2)　021601　2012年8月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevC.86.021601 　

    ISSN：0556-2813

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    We present limits on Majoron-emitting neutrinoless double-beta decay modes based on an exposure of 112.3 days with 125 kg of Xe-136. In particular, a lower limit on the ordinary (spectral index n = 1) Majoron-emitting decay half-life of 136Xe is obtained as T-1/2(0 nu chi 0) &gt; 2.6 x 10(24) yr at 90% C. L., a factor of five more stringent than previous limits. The corresponding upper limit on the effective Majoron-neutrino coupling, using a range of available nuclear matrix calculations, is &lt; g(ee)&gt; &lt; (0.8-1.6) x 10(-5). This excludes a previously unconstrained region of parameter space and strongly limits the possible contribution of ordinary Majoron emission modes to 0 nu beta beta decay for neutrino masses in the inverted hierarchy scheme.

  38. Measurement of the double-beta decay half-life of Xe-136 with the KamLAND-Zen experiment 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, H. Hanakago, H. Ikeda, K. Inoue, R. Kato, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, T. Nakada, K. Nakamura, A. Obata, A. Oki, Y. Ono, I. Shimizu, J. Shirai, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, K. Ueshima, H. Watanabe, B. D. Xu, S. Yamada, H. Yoshida, A. Kozlov, S. Yoshida, T. I. Banks, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, T. O'Donnell, B. E. Berger, Y. Efremenko, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, S. Enomoto, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW C　85　(4)　045504　2012年4月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevC.85.045504 　

    ISSN：0556-2813

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    We present results from the KamLAND-Zen double-beta decay experiment based on an exposure of 77.6 days with 129 kg of Xe-136. The measured two-neutrino double-beta decay half-life of Xe-136 is T-1/2(2 nu) = 2.38 +/- 0.02(stat) +/- 0.14(syst) x 10(21) yr, consistent with a recent measurement by EXO-200. We also obtain a lower limit for the neutrinoless double-beta decay half-life, T-1/2(0 nu) &gt; 5.7 x 10(24) yr at 90% confidence level (C. L.), which corresponds to almost a fivefold improvement over previous limits.

  39. SEARCH FOR EXTRATERRESTRIAL ANTINEUTRINO SOURCES WITH THE KamLAND DETECTOR 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, T. Morikawa, N. Nagai, K. Nakajima, K. Nakamura, K. Narita, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, H. Takahashi, N. Takahashi, Y. Takemoto, K. Tamae, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yabumoto, H. Yoshida, S. Yoshida, S. Enomoto, A. Kozlov, H. Murayama, C. Grant, G. Keefer, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, R. Kadel, T. O'Donnell, H. M. Steiner, D. A. Dwyer, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, K. E. Downum, G. Gratta, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, M. P. Decowski

    ASTROPHYSICAL JOURNAL　745　(2)　193　2012年2月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.1088/0004-637X/745/2/193 　

    ISSN：0004-637X

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    We present the results of a search for extraterrestrial electron antineutrinos ((nu) over bar (e)'s) in the energy range 8.3 MeV E-&lt;(nu) over bare &lt; 31.8 MeV using the KamLAND detector. In an exposure of 4.53 kton-year, we identify 25 candidate events. All of the candidate events can be attributed to background, most importantly neutral current atmospheric neutrino interactions, setting an upper limit on the probability of B-8 solar nu(e)'s converting into nu(e)'s at 5.3 x 10(-5) (90% CL), if we assume an undistorted nu(e) shape. This limit corresponds to a solar nu(e) flux of 93 cm(-2) s(-1) or an event rate of 1.6 events (kton-year)(-1) above the energy threshold (E-&lt;(nu)over bar&gt;e &gt;= 8.3 MeV). The present data also allows us to set more stringent limits on the diffuse supernova neutrino flux and on the annihilation rates for light dark matter particles.

  40. Measurement of the B-8 solar neutrino flux with the KamLAND liquid scintillator detector 査読有り

    S. Abe, K. Furuno, A. Gando, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, W. Kimura, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, T. Morikawa, N. Nagai, K. Nakajima, K. Nakamura, M. Nakamura, K. Narita, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, H. Takahashi, N. Takahashi, Y. Takemoto, K. Tamae, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yabumoto, E. Yonezawa, H. Yoshida, S. Yoshida, S. Enomoto, A. Kozlov, H. Murayama, C. Grant, G. Keefer, D. McKee, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, R. Kadel, T. O&apos;Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. A. Dwyer, C. Mauger, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, S. Pakvasa, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, A. Tang, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, F. Piquemal, J-S. Ricol, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW C　84　(3)　035804　2011年9月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevC.84.035804 　

    ISSN：0556-2813

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    We report a measurement of the neutrino-electron elastic scattering rate from B-8 solar neutrinos based on a 123 kton-day exposure of KamLAND. The background-subtracted electron recoil rate, above a 5.5-MeV analysis threshold is 1.49 +/- 0.14(stat) +/- 0.17(syst) events per kton-day. Interpreted as due to a pure electron flavor flux with a B-8 neutrino spectrum, this corresponds to a spectrum integrated flux of 2.77 +/- 0.26(stat) +/- 0.32(syst) x 10(6) cm(-2)s(-1). The analysis threshold is driven by Tl-208 present in the liquid scintillator, and the main source of systematic uncertainty is due to background from cosmogenic Be-11. The measured rate is consistent with existing measurements and with standard solar model predictions which include matter-enhanced neutrino oscillation.

  41. Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, T. Morikawa, N. Nagai, K. Nakajima, K. Nakamura, K. Narita, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, H. Takahashi, N. Takahashi, Y. Takemoto, K. Tamae, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yabumoto, H. Yoshida, S. Yoshida, S. Enomoto, A. Kozlov, H. Murayama, C. Grant, G. Keefer, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, R. Kadel, T. O'Donnell, H. M. Steiner, D. A. Dwyer, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, Y. Efremenko, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, M. P. Decowski

    NATURE GEOSCIENCE　4　(9)　647-651　2011年9月

    出版者・発行元：NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI： 10.1038/ngeo1205 　

    ISSN：1752-0894

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    The Earth has cooled since its formation, yet the decay of radiogenic isotopes, and in particular uranium, thorium and potassium, in the planet's interior provides a continuing heat source. The current total heat flux from the Earth to space is 44.2 +/- 1.0 TW, but the relative contributions from residual primordial heat and radiogenic decay remain uncertain. However, radiogenic decay can be estimated from the flux of geoneutrinos, electrically neutral particles that are emitted during radioactive decay and can pass through the Earth virtually unaffected. Here we combine precise measurements of the geoneutrino flux from the Kamioka Liquid-Scintillator Antineutrino Detector, Japan, with existing measurements from the Borexino detector, Italy. We find that decay of uranium-238 and thorium-232 together contribute 20.0(-8.6)(+8.8) TW to Earth's heat flux. The neutrinos emitted from the decay of potassium-40 are below the limits of detection in our experiments, but are known to contribute 4 TW. Taken together, our observations indicate that heat from radioactive decay contributes about half of Earth's total heat flux. We therefore conclude that Earth's primordial heat supply has not yet been exhausted.

  42. Constraints on theta(13) from a three-flavor oscillation analysis of reactor antineutrinos at KamLAND 査読有り

    A. Gando, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, T. Morikawa, N. Nagai, K. Nakajima, K. Nakamura, K. Narita, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, H. Takahashi, N. Takahashi, Y. Takemoto, K. Tamae, H. Watanabe, B. D. Xu, H. Yabumoto, H. Yoshida, S. Yoshida, S. Enomoto, A. Kozlov, H. Murayama, C. Grant, G. Keefer, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, K. Han, R. Kadel, T. O'Donnell, H. M. Steiner, D. A. Dwyer, R. D. McKeown, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, M. Sakai, G. A. Horton-Smith, K. E. Downum, G. Gratta, Y. Efremenko, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW D　83　(5)　052002　2011年3月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevD.83.052002 　

    ISSN：1550-7998

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    We present new constraints on the neutrino oscillation parameters Delta m(21)(2), theta(12), and theta(13) from a three-flavor analysis of solar and KamLAND data. The KamLAND data set includes data acquired following a radiopurity upgrade and amounts to a total exposure of 3.49 x 10(32) target-proton-year. Under the assumption of CPT invariance, a two-flavor analysis (theta(13) = 0) of the KamLAND and solar data yields the best-fit values tan(2)theta(12) = 0.444(-0.030)(+0.036) and Delta m(21)(2) = 7.50(-0.20)(+0.19) x 10(-5) eV(2); a three-flavor analysis with theta(13) as a free parameter yields the best-fit values tan(2)theta(12) = 0.452(-0.033)(+0.035), Delta m(21)(2) = 7.50(-0.20)(+0.19) x 10(-5) eV(2), and sin(2)theta(13) = 0.020(-0.016)(+0.016). This theta(13) interval is consistent with other recent work combining the CHOOZ, atmospheric and long-baseline accelerator experiments. We also present a new global theta(13) analysis, incorporating the CHOOZ, atmospheric, and accelerator data, which indicates sin(2)theta(13) = 0.009(-0.007)(+0.013). A nonzero value is suggested, but only at the 79% C.L.

  43. Production of radioactive isotopes through cosmic muon spallation in KamLAND 査読有り

    S. Abe, S. Enomoto, K. Furuno, Y. Gando, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, K. Nakajima, K. Nakajima, K. Nakamura, M. Nakamura, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, A. Terashima, H. Watanabe, E. Yonezawa, S. Yoshida, A. Kozlov, H. Murayama, J. Busenitz, T. Classen, C. Grant, G. Keefer, D. S. Leonard, D. McKee, A. Piepke, T. I. Banks, T. Bloxham, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, F. Gray, E. Guardincerri, L. Hsu, K. Ichimura, R. Kadel, C. Lendvai, K. -B. Luk, T. O'Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. A. Dwyer, C. Jillings, C. Mauger, R. D. McKeown, P. Vogel, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, S. Pakvasa, J. Foster, G. A. Horton-Smith, A. Tang, S. Dazeley, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, W. Bugg, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, F. Piquemal, J. -S. Ricol, M. P. Decowski

    PHYSICAL REVIEW C　81　(2)　025807　2010年2月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevC.81.025807 　

    ISSN：2469-9985

    eISSN：2469-9993

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    Radioactive isotopes produced through cosmic muon spallation are a background for rare-event detection in. detectors, double-beta-decay experiments, and dark-matter searches. Understanding the nature of cosmogenic backgrounds is particularly important for future experiments aiming to determine the pep and CNO solar neutrino fluxes, for which the background is dominated by the spallation production of C-11. Data from the Kamioka liquid-scintillator antineutrino detector (KamLAND) provides valuable information for better understanding these backgrounds, especially in liquid scintillators, and for checking estimates from current simulations based upon MUSIC, FLUKA, and GEANT4. Using the time correlation between detected muons and neutron captures, the neutron production yield in the KamLAND liquid scintillator is measured to be Y-n = (2.8 +/- 0.3) x 10(-4) mu(-1) g(-1) cm(2). For other isotopes, the production yield is determined from the observed time correlation related to known isotope lifetimes. We find some yields are inconsistent with extrapolations based on an accelerator muon beam experiment.

  44. The KamLAND full-volume calibration system 査読有り

    B. E. Berger, J. Busenitz, T. Classen, M. P. Decowski, D. A. Dwyer, G. Elor, A. Frank, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, M. Galloway, F. Gray, K. M. Heeger, L. Hsu, K. Ichimura, R. Kadel, G. Keefer, C. Lendvai, D. McKee, T. O&apos;Donnell, A. Piepke, H. M. Steiner, D. Syversrud, J. Wallig, L. A. Winslow, T. Ebihara, S. Enomoto, K. Furuno, Y. Gando, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Minekawa, T. Mitsui, K. Nakajima, K. Nakajima, K. Nakamura, K. Owada, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, K. Tamae, S. Yoshida, A. Kozlov, H. Murayama, C. Grant, D. S. Leonard, K-B. Luk, C. Jillings, C. Mauger, R. D. McKeown, C. Zhang, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, S. Pakvasa, J. Foster, G. A. Horton-Smith, A. Tang, S. Dazeley, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, W. Bugg, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, F. Piquemal, J-S. Ricol

    JOURNAL OF INSTRUMENTATION　4　P04017　2009年4月

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.1088/1748-0221/4/04/P04017 　

    ISSN：1748-0221

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    We have successfully built and operated a source deployment system for the Kam-LAND detector. This system was used to position radioactive sources throughout the delicate 1-kton liquid scintillator volume, while meeting stringent material cleanliness, material compatibility, and safety requirements. The calibration data obtained with this device were used to fully characterize detector position and energy reconstruction biases. As a result, the uncertainty in the size of the detector fiducial volume was reduced by a factor of two. Prior to calibration with this system, the fiducial volume was the largest source of systematic uncertainty in measuring the number of anti-neutrinos detected by KamLAND. This paper describes the design, operation and performance of this unique calibration system.

  45. KamLAND Results 招待有り

    I. Shimizu

    NUCLEAR PHYSICS B-PROCEEDINGS SUPPLEMENTS　188　84-89　2009年3月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.nuclphysbps.2009.02.020 　

    ISSN：0920-5632

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    KamLAND, designed to explore the neutrino oscillation of (nu) over bar (e)&apos;s from reactors, showed the improved results with enhanced statistics of 2881 ton-yr data set, added data lowering the energy threshold, and suppressed systematic uncertainties. As a result, a scaled reactor spectrum with no distortion is excluded at more than 5 sigma, and the best-fit of oscillation parameters gives Delta m(21)(2) = 7.58(-0.20)(+0.21) x 10(-5) eV(2) and tan(2) theta(12) = 0.56(-0.09)(+0.14). The improved analysis measured the mass-square difference of neutrino oscillation parameters at a precision of 2.8%, and also observed two cycles of oscillatory shape expected from neutrino oscillation. The geo neutrino flux, measured at the same time, is consistent with expectation based on an earth model within the statistical uncertainty.

  46. Erratum: Precision measurement of neutrino oscillation parameters with KamLAND (Physical Review Letters (2008) 100 (221803))

    S. Abe, T. Ebihara, S. Enomoto, K. Furuno, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, Y. Shimizu, A. Kozlov, Y. Minekawa, T. Mitsui, K. Nakajima, K. Nakajima, K. Nakamura, M. Nakamura, K. Owada, I. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, A. Terashima, H. Watanabe, E. Yonezawa, S. Yoshida, J. Busenitz, T. Classen, C. Grant, G. Keefer, D. S. Leonard, D. McKee, A. Piepke, M. P. Decowski, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, F. Gray, E. Guardincerri, L. Hsu, R. Kadel, C. Lendvai, K. B. Luk, H. Murayama, T. O'Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. A. Dwyer, C. Jillings, C. Mauger, R. D. McKeown, P. Vogel, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, S. Pakvasa, J. Foster, G. A. Horton-Smith, A. Tang, S. Dazeley, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, W. Bugg, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, F. Piquemal, J. S. Ricol

    Physical Review Letters　101　2008年9月12日

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.101.119904 　

    ISSN：0031-9007

  47. Precision measurement of neutrino oscillation parameters with KamLAND 査読有り

    S. Abe, T. Ebihara, S. Enomoto, K. Furuno, Y. Gando, K. Ichimura, H. Ikeda, K. Inoue, Y. Kibe, Y. Kishimoto, M. Koga, A. Kozlov, Y. Minekawa, T. Mitsui, K. Nakajima, K. Nakajima, K. Nakamura, M. Nakamura, K. Owada, I. Shimizu, Y. Shimizu, J. Shirai, F. Suekane, A. Suzuki, Y. Takemoto, K. Tamae, A. Terashima, H. Watanabe, E. Yonezawa, S. Yoshida, J. Busenitz, T. Classen, C. Grant, G. Keefer, D. S. Leonard, D. McKee, A. Piepke, M. P. Decowski, J. A. Detwiler, S. J. Freedman, B. K. Fujikawa, F. Gray, E. Guardincerri, L. Hsu, R. Kadel, C. Lendvai, K. -B. Luk, H. Murayama, T. O&apos;Donnell, H. M. Steiner, L. A. Winslow, D. A. Dwyer, C. Jillings, C. Mauger, R. D. McKeown, P. Vogel, C. Zhang, B. E. Berger, C. E. Lane, J. Maricic, T. Miletic, M. Batygov, J. G. Learned, S. Matsuno, S. Pakvasa, J. Foster, G. A. Horton-Smith, A. Tang, S. Dazeley, K. E. Downum, G. Gratta, K. Tolich, W. Bugg, Y. Efremenko, Y. Kamyshkov, O. Perevozchikov, H. J. Karwowski, D. M. Markoff, W. Tornow, K. M. Heeger, F. Piquemal, J. -S. Ricol

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　100　(22)　221803　2008年6月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.100.221803 　

    ISSN：0031-9007

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    The KamLAND experiment has determined a precise value for the neutrino oscillation parameter Delta m(21)(2) and stringent constraints on theta(12). The exposure to nuclear reactor antineutrinos is increased almost fourfold over previous results to 2.44x10(32) proton yr due to longer livetime and an enlarged fiducial volume. An undistorted reactor (nu) over bar (e) energy spectrum is now rejected at &gt; 5 sigma. Analysis of the reactor spectrum above the inverse beta decay energy threshold, and including geoneutrinos, gives a best fit at Delta m(21)(2)=7.58(-0.13)(+0.14)(stat)(-0.15)(+0.15)(syst) x 10(-5) eV(2) and tan(2)theta(12)=0.56(-0.07)(+0.10)(stat)(-0.06)(+0.10)(syst). Local Delta chi(2) minima at higher and lower Delta m(21)(2) are disfavored at &gt; 4 sigma. Combining with solar neutrino data, we obtain Delta m(21)(2)=7.59(-0.21)(+0.21) x 10(-5) eV(2) and tan(2)theta(12)=0.47(-0.05)(+0.06).

  48. KamLAND (Anti-Neutrino Status) 招待有り

    Itaru Shimizu

    TAUP2007: TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TOPICS IN ASTROPARTICLE AND UNDERGROUND PHYSICS　120　052022　2008年

    出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD

    DOI： 10.1088/1742-6596/120/5/052022 　

    ISSN：1742-6588

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    The KamLAND experiment is a long baseline experiment, designed to explore the neutrino oscillation of (nu) over bar (e)&apos;s from reactors, at a ux-weighted average distance of 180 km. The sensitivities to oscillation parameters are much improved with enhanced statistics of 2881 ton-yr data set, added data lowering the energy threshold, and suppressed systematic uncertainties. As a result, we firmly established the spectral distortion of reactor (nu) over bar (e)&apos;s at 5 sigma, and other hypotheses for neutrino disappearance, neutrino decay and decoherence, are strongly disfavored.

  49. Directional measurement of anti-neutrinos 招待有り

    I. Shimizu

    NUCLEAR PHYSICS B-PROCEEDINGS SUPPLEMENTS　168　147-149　2007年6月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.nuclphysbps.2007.02.071 　

    ISSN：0920-5632

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    Directional sensitive neutrino detectors contributed to astronomy and particle physics. The solar neutrino problem was firmly believed by the directional measurement of solar neutrinos, and the atmospheric neutrino oscillation was confirmed by the zenith angle distribution for two types of neutrinos. Recently, KamLAND showed the geo anti-neutrino detection realized by the event rate and energy spectra. It doesn't have the sensitivity of neutrino direction, so we can not distinguish the crust and mantle contribution. Lithium-loaded liquid scintillator has the potential to have the high sensitivity of coming anti-neutrino direction. Directional sensitive detectors will contribute to the better understanding of the earth interior using geo anti-neutrino flux information. Other motivations are the earlier determination of supernova direction and improvement of oscillation sensitivity for reactor anti-neutrinos.

  50. Search for the invisible decay of neutrons with KamLAND 査読有り

    T Araki, S Enomoto, K Furuno, Y Gando, K Ichimura, H Ikeda, K Inoue, Y Kishimoto, M Koga, Y Koseki, T Maeda, T Mitsui, M Motoki, K Nakajima, K Nakamura, H Ogawa, M Ogawa, K Owada, JS Ricol, Shimizu, I, J Shirai, F Suekane, A Suzuki, K Tada, S Takeuchi, K Tamae, Y Tsuda, H Watanabe, J Busenitz, T Classen, Z Djurcic, G Keefer, DS Leonard, A Piepke, E Yakushev, BE Berger, YD Chan, MP Decowski, DA Dwyer, SJ Freedman, BK Fujikawa, J Goldman, F Gray, KM Heeger, L Hsu, KT Lesko, KB Luk, H Murayama, T O'Donnell, AWP Poon, HM Steiner, LA Winslow, C Jillings, C Mauger, RD McKeown, P Vogel, C Zhang, CE Lane, T Miletic, G Guillian, JG Learned, J Maricic, S Matsuno, S Pakvasa, GA Horton-Smith, S Dazeley, S Hatakeyama, A Rojas, R Svoboda, BD Dieterle, J Detwiler, G Gratta, K Ishii, N Tolich, Y Uchida, M Batygov, W Bugg, Y Efremenko, Y Kamyshkov, A Kozlov, Y Nakamura, HJ Karwowski, DM Markoff, RM Rohm, W Tornow, R Wendell, MJ Chen, YF Wang, F Piquemal

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　96　(10)　101802　2006年3月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.96.101802 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

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    The Kamioka Liquid scintillator Anti-Neutrino Detector is used in a search for single neutron or two-neutron intranuclear disappearance that would produce holes in the s-shell energy level of C-12 nuclei. Such holes could be created as a result of nucleon decay into invisible modes (inv), e.g., n -&gt; 3 nu or nn -&gt; 2 nu. The deexcitation of the corresponding daughter nucleus results in a sequence of space and time-correlated events observable in the liquid scintillator detector. We report on new limits for one- and two-neutron disappearance: tau(n -&gt; inv)&gt; 5.8x10(29) years and tau(nn -&gt; inv)&gt; 1.4x10(30) years at 90% C.L. These results represent an improvement of factors of similar to 3 and &gt; 10(4) over previous experiments.

  51. Experimental investigation of geologically produced antineutrinos with KamLAND 査読有り

    T Araki, S Enomoto, K Furuno, Y Gando, K Ichimura, H Ikeda, K Inoue, Y Kishimoto, M Koga, Y Koseki, T Maeda, T Mitsui, M Motoki, K Nakajima, H Ogawa, M Ogawa, K Owada, JS Ricol, Shimizu, I, J Shirai, F Suekane, A Suzuki, K Tada, S Takeuchi, K Tamae, Y Tsuda, H Watanabe, J Busenitz, T Classen, Z Djurcic, G Keefer, D Leonard, A Piepke, E Yakushev, BE Berger, YD Chan, MP Decowski, DA Dwyer, SJ Freedman, BK Fujikawa, J Goldman, F Gray, KM Heeger, L Hsu, KT Lesko, KB Luk, H Murayama, T O'Donnell, AWP Poon, HM Steiner, LA Winslow, C Mauger, RD McKeown, P Vogel, CE Lane, T Miletic, G Guillian, JG Learned, J Maricic, S Matsuno, S Pakvasa, GA Horton-Smith, S Dazeley, S Hatakeyama, A Rojas, R Svoboda, BD Dieterle, J Detwiler, G Gratta, K Ishii, N Tolich, Y Uchida, M Batygov, W Bugg, Y Efremenko, Y Kamyshkov, A Kozlov, Y Nakamura, HJ Karwowski, DM Markoff, K Nakamura, RM Rohm, W Tornow, R Wendell, MJ Chen, YF Wang, F Piquemal

    NATURE　436　(7050)　499-503　2005年7月

    出版者・発行元：NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI： 10.1038/nature03980 　

    ISSN：0028-0836

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    The detection of electron antineutrinos produced by natural radioactivity in the Earth could yield important geophysical information. The Kamioka liquid scintillator antineutrino detector (KamLAND) has the sensitivity to detect electron antineutrinos produced by the decay of U-238 and Th-232 within the Earth. Earth composition models suggest that the radiogenic power from these isotope decays is 16 TW, approximately half of the total measured heat dissipation rate from the Earth. Here we present results from a search for geoneutrinos with KamLAND. Assuming a Th/U mass concentration ratio of 3.9, the 90 per cent confidence interval for the total number of geoneutrinos detected is 4.5 to 54.2. This result is consistent with the central value of 19 predicted by geophysical models. Although our present data have limited statistical power, they nevertheless provide by direct means an upper limit (60 TW) for the radiogenic power of U and Th in the Earth, a quantity that is currently poorly constrained.

  52. Measurement of neutrino oscillation with KamLAND: Evidence of spectral distortion 査読有り

    T Araki, K Eguchi, S Enomoto, K Furuno, K Ichimura, H Ikeda, K Inoue, K Ishihara, T Iwamoto, T Kawashima, Y Kishimoto, M Koga, Y Koseki, T Maeda, T Mitsui, M Motoki, K Nakajima, H Ogawa, K Owada, JS Ricol, Shimizu, I, J Shirai, F Suekane, A Suzuki, K Tada, O Tajima, K Tamae, Y Tsuda, H Watanabe, J Busenitz, T Classen, Z Djurcic, G Keefer, K McKinny, DM Mei, A Piepke, E Yakushev, BE Berger, YD Chan, MP Decowski, DA Dwyer, SJ Freedman, Y Fu, BK Fujikawa, J Goldman, F Gray, KM Heeger, KT Lesko, KB Luk, H Murayama, AWP Poon, HM Steiner, LA Winslow, GA Horton-Smith, C Mauger, RD McKeown, P Vogel, CE Lane, T Miletic, PW Gorham, G Guillian, JG Learned, J Maricic, S Matsuno, S Pakvasa, S Dazeley, S Hatakeyama, A Rojas, R Svoboda, BD Dieterle, J Detwiler, G Gratta, K Ishii, N Tolich, Y Uchida, M Batygov, W Bugg, Y Efremenko, Y Kamyshkov, A Kozlov, Y Nakamura, CR Gould, HJ Karwowski, DM Markoff, JA Messimore, K Nakamura, RM Rohm, W Tornow, R Wendell, AR Young, MJ Chen, YF Wang, F Piquemal

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　94　(8)　081801　2005年3月

    出版者・発行元：AMERICAN PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.94.081801 　

    ISSN：0031-9007

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    We present results of a study of neutrino oscillation based on a 766 ton/year exposure of KamLAND to reactor antineutrinos. We observe 258 (&nu;) over bar (e) candidate events with energies above 3.4 MeV compared to 365.2+/-23.7 events expected in the absence of neutrino oscillation. Accounting for 17.8+/-7.3 expected background events, the statistical significance for reactor (&nu;) over bar (e) disappearance is 99.998%. The observed energy spectrum disagrees with the expected spectral shape in the absence of neutrino oscillation at 99.6% significance and prefers the distortion expected from (&nu;) over bar (e) oscillation effects. A two-neutrino oscillation analysis of the KamLAND data gives Deltam(2)=7.9(-0.5)(+0.6)x10(-5) eV(2). A global analysis of data from KamLAND and solar-neutrino experiments yields Deltam(2)=7.9(-0.5)(+0.6)x10(-5) eV(2) and tan(2)theta=0.40(-0.07)(+0.10), the most precise determination to date.

  53. Latest status of KamLAND oscillation analysis and future prospect 招待有り

    Shimizu, I

    ICHEP 2005: Proceedings of the 32nd International Conference High Energy Physics Vols 1 and 2　1　267-270　2005年

    出版者・発行元：WORLD SCIENTIFIC PUBL CO PTE LTD

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    We present an improved measurement of the oscillation based on a 766.3 ton-year exposure of Kam-LAND to reactor anti-neutrino. The observed energy spectrum disagree with the expected spectrum shape in the absence of neutrino oscillation at 99.9% C.L. The distorted shape strongly indicate neutrino oscillation rather than other disappearance hypotheses. The neutrino oscillation parameters are measured precisely in KamLAND. Geo-neutrino and Be-7 solar neutrino result will be reported in near future.

  54. High sensitivity search for (nu)over-bar(e)'s from the Sun and other sources at KamLAND 査読有り

    K Eguchi, S Enomoto, K Furuno, H Ikeda, K Ikeda, K Inoue, K Ishihara, T Iwamoto, T Kawashima, Y Kishimoto, M Koga, Y Koseki, T Maeda, T Mitsui, M Motoki, K Nakajima, H Ogawa, K Owada, F Piquemal, Shimizu, I, J Shirai, F Suekane, A Suzuki, K Tada, O Tajima, T Takayama, K Tamae, H Watanabe, J Busenitz, Z Djurcic, K McKinny, DM Mei, A Piepke, E Yakushev, BE Berger, YD Chan, MP Decowski, DA Dwyer, SJ Freedman, Y Fu, BK Fujikawa, J Goldman, KM Heeger, KT Lesko, KB Luk, H Murayama, DR Nygren, CE Okada, AWP Poon, HM Steiner, LA Winslow, GA Horton-Smith, C Mauger, RD McKeown, B Tipton, P Vogel, CE Lane, T Miletic, PW Gorham, G Guillian, JG Learned, J Maricic, S Matsuno, S Pakvasa, S Dazeley, S Hatakeyama, R Svoboda, BD Dieterle, M DiMauro, J Detwiler, G Gratta, K Ishii, N Tolich, Y Uchida, M Batygov, W Bugg, Y Efremenko, Y Kamyshkov, A Kozlov, Y Nakamura, CR Gould, HJ Karwowski, DM Markoff, JA Messimore, K Nakamura, RM Rohm, W Tornow, AR Young, MJ Chen, YF Wang

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　92　(7)　071301　2004年2月

    出版者・発行元：AMERICAN PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.92.071301 　

    ISSN：0031-9007

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    Data corresponding to a KamLAND detector exposure of 0.28 kton yr has been used to search for (v) over bar (e)'s in the energy range 8.3&lt;E-(v) over bare&lt;14.8 MeV. No candidates were found for an expected background of 1.1+/-0.4 events. This result can be used to obtain a limit on (v) over bar (e) fluxes of any origin. Assuming that all (v) over bar (e) flux has its origin in the Sun and has the characteristic B-8 solar nu(e) energy spectrum, we obtain an upper limit of 3.7x10(2) cm(-2) s(-1) (90% C.L.) on the (v) over bar (e) flux. We interpret this limit, corresponding to 2.8x10(-4) of the standard solar model B-8 nu(e) flux, in the framework of spin-flavor precession and neutrino decay models.

  55. First results from KamLAND: Evidence for reactor antineutrino disappearance 査読有り

    K Eguchi, S Enomoto, K Furuno, J Goldman, H Hanada, H Ikeda, K Ikeda, K Inoue, K Ishihara, W Itoh, T Iwamoto, T Kawaguchi, T Kawashima, H Kinoshita, Y Kishimoto, M Koga, Y Koseki, T Maeda, T Mitsui, M Motoki, K Nakajima, M Nakajima, T Nakajima, H Ogawa, K Owada, T Sakabe, Shimizu, I, J Shirai, F Suekane, A Suzuki, K Tada, O Tajima, T Takayama, K Tamae, H Watanabe, J Busenitz, Z Djurcic, K McKinny, DM Mei, A Piepke, E Yakushev, BE Berger, YD Chan, MP Decowski, DA Dwyer, SJ Freedman, Y Fu, BK Fujikawa, KM Heeger, KT Lesko, KB Luk, H Murayama, DR Nygren, CE Okada, AWP Poon, HM Steiner, LA Winslow, GA Horton-Smith, RD McKeown, J Ritter, B Tipton, P Vogel, CE Lane, T Miletic, PW Gorham, G Guillian, JG Learned, J Maricic, S Matsuno, S Pakvasa, S Dazeley, S Hatakeyama, M Murakami, RC Svoboda, BD Dieterle, M DiMauro, J Detwiler, G Gratta, K Ishii, N Tolich, Y Uchida, M Batygov, W Bugg, H Cohn, Y Efremenko, Y Kamyshkov, A Kozlov, Y Nakamura, LD Braeckeleer, CR Gould, HJ Karwowski, DM Markoff, JA Messimore, K Nakamura, RM Rohm, W Tornow, AR Young, YF Wang

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　90　(2)　021802　2003年1月

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.90.021802 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

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    KamLAND has measured the flux of (nu) over bar (e)'s from distant nuclear reactors. We find fewer (nu) over bar (e) events than expected from standard assumptions about (nu) over bar (e) propagation at the 99.95% C.L. In a 162 ton.yr exposure the ratio of the observed inverse beta-decay events to the expected number without (nu) over bar (e) disappearance is 0.611+/-0.085(stat)+/-0.041(syst) for (nu) over bar (e) energies >3.4 MeV. In the context of two-flavor neutrino oscillations with CPT invariance, all solutions to the solar neutrino problem except for the "large mixing angle" region are excluded.

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MISC 4

  1. ハイパーカミオカンデの物理 招待有り

    清水 格

    高エネルギーニュース　37　(4)　183-190　2019年3月

  2. KamLANDにおけるステライルニュートリノ探索実験

    清水 格

    高エネルギーニュース　32　(4)　223-232　2014年3月

  3. カムランドでのニュートリノ振動パラメータの測定

    清水 格, 井上 邦雄

    日本物理学会誌　63　(8)　625-628　2008年8月

  4. KamLAND実験の最近の結果と展望

    清水 格, 井上 邦雄

    日本物理学会誌　60　(10)　783-790　2005年10月5日

    出版者・発行元：日本物理学会

    DOI： 10.11316/butsuri1946.60.783 　

    ISSN：0029-0181

    詳細を見る 詳細を閉じる

    ニュートリノの強い透過力を活かした太陽中心からのニュートリノ観測は, 予測よりずっと少ないニュートリノを検出し, 30年以上続く「太陽ニュートリノ問題」をもたらした.この問題は, ニュートリノの性質および標準理論を超えた物理の究明への糸口となり, 素粒子物理の発展に寄与した.問題解決には, 太陽ニュートリノ観測に加え, 神岡鉱山地下のカムランド実験が活躍した.遠方の原子炉からのニュートリノに対し, ニュートリノが減少・復元を繰り返す「ニュートリノ振動」のパターンを観測し, 質量に関するパラメータを精密測定した.さらにそこでは, 理解が進んだニュートリノをプローブとし, 地球や天体を観測する融合研究を目指している.

講演・口頭発表等 65

  1. KamLAND-Zen Experiment 招待有り

    Itaru Shimizu

    International Conference on the Physics of the Two Infinities　2023年3月29日

  2. 二重ベータ崩壊実験による マヨラナニュートリノの探索 招待有り

    清水 格

    神戸大学物理学専攻談話会　2022年12月8日

  3. 地下からのニュートリノ観測 招待有り

    清水 格

    日本天文学会　2022年9月13日

  4. メタルスカベンジャーを用いた液体シンチレータの低放射能化 招待有り

    清水 格

    第１１回アルファ放射体実験室利用研究会　2019年10月4日

  5. Supernova Detection in Hyper-Kamiokande and Future Prospect 国際会議 招待有り

    清水 格

    Deciphering multi-Dimensional nature of core-collapse SuperNovae via Gravitational-Wave and neutrino signatures (SNeGWv2018)　2018年10月8日

  6. Astrophysical Neutrinos at Hyper-Kamiokande 国際会議

    清水 格

    39th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2018)　2018年7月5日

  7. Status of the KamLAND-Zen Experiment 国際会議 招待有り

    清水 格

    6th Symposium on Neutrinos and Dark Matter in Nuclear Physics 2018 (NDM 2018)　2018年6月30日

  8. Workshop for Unification and Development of the Neutrino Science Frontier (2017)

    Workshop for Unification and Development of the Neutrino Science Frontier (2017)　2017年12月11日

  9. ニュートリノ実験のための低放射能化技術

    ワークショップ 「アクチノイド元素の科学と技術」・第９回アルファ放射体実験室利用研究会　2017年11月27日

  10. Status of the Hyper-K Experiment 国際会議

    International Workshop on Next generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors (NNN17)　2017年10月26日

  11. Astroparticle Physics 国際会議

    Hyper-Kamiokande Advisory Committee Meeting　2017年9月10日

  12. 公募研究：メタルスカベンジャーによる液体シンチレータ検出器の極低放射能化

    新学術”宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究”領域研究会　2017年5月21日

  13. 公募研究:メタルスカベンジャーによる極低放射能化技術の開発

    新学術”宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究” 極低放射能研究会　2017年2月19日

  14. メタルスカベンジャーを用いた液体シンチレータの低放射能化

    第８回アルファ放射体実験室利用研究会　2016年10月28日

  15. Broad Overview of Neutrino Physics 国際会議

    International Workshop：Neutrino Research and Thermal Evolution of the Earth　2016年10月25日

  16. Double Beta Decay 国際会議

    PhyStat-ν Workshop　2016年5月30日

  17. KamLAND and KamLAND-Zen 国際会議

    Frontiers of liquid Scintillator Technology (FroST16)　2016年3月18日

  18. メタルスカベンジャーを用いた液体シンチレータの低放射能化

    第７回アルファ放射体実験室利用研究会　2016年2月26日

  19. KamLAND : 液体シンチレータ検出器によるSRN探索

    新学術「地下素核研究」第２回超新星ニュートリノ研究会　2016年1月6日

  20. 物質粒子生成とマヨラナニュートリノ

    新学術３領域（重力波天体・地下素核研究・中性子星核物質）合同シンポジウム　2015年7月24日

  21. 中性子検出について

    新学術「地下素核研究」 第3回B02班若手ミニ研究会　2015年5月17日

  22. 公募研究：メタルスカベンジャー による極低放射能化技術の開発

    新学術「地下素核研究」領域研究会　2015年5月15日

  23. Neutrino Mass Measurements Asia 国際会議

    Second International Meeting for Large Neutrino Infrastructures　2015年4月20日

  24. マヨラナニュートリノ -ダブルβ崩壊探索-

    日本物理学会第70回年次大会　2015年3月21日

  25. KamLAND 国際会議

    Neutrino Telescope 2015　2015年3月2日

  26. Broad overview of neutrino physics 国際会議

    International Workshop on KamLAND Geoscience　2015年1月15日

  27. KamLAND : Geo-Neutrino Measurement in Japan 国際会議

    Muographers 2014　2014年11月12日

  28. The KamLAND-Zen Double Beta Decay Experiment with 136Xe 国際会議

    Research Progress Meetings at LBNL　2014年9月9日

  29. Results from KamLAND-Zen 国際会議

    XXVI Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino 2014)　2014年6月2日

  30. CeLAND実験:ステライルニュートリノ 探索における系統誤差の評価

    日本物理学会 第69回 年次大会（東海大学）　2014年3月27日

  31. Liquid Scintillator for Neutrinoless Double Beta Decay Search

    日本物理学会 第69回 年次大会（東海大学）　2014年3月27日

  32. CeLAND: KamLANDを用いた ステライルニュートリノ探索実験

    「ニュートリノフロンティア」研究会　2013年12月7日

  33. KamLAND2-Zen実験用大光量 液体シンチレータ開発の現状

    日本物理学会 ２０１３年 秋季大会（高知大学）　2013年9月20日

  34. Past and Present Experiments of Geo Neutrinos 国際会議

    13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2013)　2013年9月8日

  35. KamLAND and Long Range Reactor Neutrino Sensitivities 国際会議

    The International Workshop on Non-Accelerator New Physics (NANPino-2013)　2013年6月24日

  36. Spallation Background 国際会議

    3rd International Open Working Group Meeting for Hyper-Kamiokande　2013年6月21日

  37. KamLAND2-Zen

    公開シンポジウム「天文学・宇宙物理学中規模計画の展望」　2013年5月28日

  38. ４世代ニュートリノ

    極低バックグラウンド素粒子原子核研究懇談会　2013年4月23日

  39. ２重ベータ崩壊探索実験

    ニュートリノフロンティアの融合と進化　2013年4月21日

  40. Results of Geo Neutrino and Xenon Experiment with KamLAND 国際会議

    Symposium on the Life and Science of Dr. Raju Raghavan　2012年10月20日

  41. KamLAND-Zenにおける136Xe二重ベータ崩壊探索のためのバックグラウンド評価２

    日本物理学会 第６７回 年次大会（関西学院大学）　2012年3月24日

  42. Geo Neutrino: Experiment 国際会議

    6th International Workshop on Low Energy Neutrino Physics　2011年11月9日

  43. Status of Reactor Neutrino Oscillation and Geo Neutrino Measurement in KamLAND 国際会議

    The 3rd GCOE International Symposium on "Weaving Science Web beyond Particle-Matter Hierarchy"　2011年2月17日

  44. KamLAND 国際会議

    11th International Workshop on Next generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors　2010年12月14日

  45. KamLAND: status and prospects 国際会議

    Neutrino Geoscience 2010　2010年10月6日

  46. KamLAND実験における反ニュートリノ観測の現状

    日本物理学会 ２０１０年 秋期大会（九州工業大学）　2010年9月11日

  47. Directional Studies with MeV Electron Anti-Neutrinos 国際会議

    LBNE Collaboration Meeting 2010　2010年1月28日

  48. Muon Spallation Products in KamLAND 国際会議

    14th Geant4 Users Workshop　2009年10月15日

  49. KamLAND Results 国際会議

    22nd International Workshop on Weak Interactions and Neutrinos (WIN'09)　2009年9月14日

  50. KamLAND実験における宇宙線ミューオン起源バックグラウンドの研究

    日本物理学会 ２００９年 秋期大会（甲南大学）　2009年9月10日

  51. KamLAND Results 国際会議

    Neutrino Oscillation Workshop (NOW 2008)　2008年9月

  52. Status of KamLAND Anti-Neutrino Analysis and Future Prospects 国際会議

    the 6th symposium of Tohoku University: The 21st Century COE Program "Exploring New Science by Bridging Particle-Matter Hierarchy"　2007年12月

  53. Recent Results from KamLAND

    第２１回「宇宙ニュートリノ」研究会　2007年11月

  54. KamLAND (anti neutrino status) 国際会議

    The tenth international conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2007)　2007年9月11日

  55. Present Status and Future Prospects of KamLAND 国際会議

    International Workshop on "Double Beta Decay and Neutrinos" (DBD07)　2007年6月11日

  56. Current Status and Future Prospects of KamLAND 国際会議

    The 6th KEK Topical Conference: Frontiers in Particle Physics and Cosmology (KEKTC6)　2007年2月6日

  57. Prospects for Solar Neutrino Observation in KamLAND 国際会議

    The Joint Meeting of Pacific Region Particle Physics Communities (DPF2006+JPS2006…)　2006年10月29日

  58. Directional measurement of anti-neutrinos 国際会議

    Neutrino Oscillation Workshop (NOW 2006)　2006年9月9日

  59. Neutrinos from the Sun : Observation 国際会議

    the 4th symposium of Tohoku University: The 21st Century COE Program "Exploring New Science by Bridging Particle-Matter Hierarchy"　2006年6月28日

  60. カムランドにおける地球ニュートリノの観測と今後の見通し

    第１８回「宇宙ニュートリノ」研究会　2005年10月11日

  61. Geoneutrino Detection in KamLAND 国際会議

    Second Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan　2005年9月18日

  62. KamLANDにおけるニュートリノ振動の証拠

    11th ICEPP Symposium　2005年2月20日

  63. Latest Status of KamLAND Oscillation Analysis and Future Prospect 国際会議

    32nd international conference on High Energy Physics　2004年8月16日

  64. KamLAND検出器の液体シンチレータに溶存するクリプトンの検出

    日本物理学会 第57回 年次大会 (立教大学)　2002年9月25日

  65. ガドリニウム含有液体シンチレータの開発研究

    日本物理学会 第57回 年次大会 (立命館大学)　2002年3月25日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 16

  1. 世界最高感度のマヨラナニュートリノ質量検証

    清水 格

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    研究機関：Tohoku University

    2022年4月27日 ～ 2027年3月31日

  2. マヨラナニュートリノ質量検証のためのキセノン二重ベータ崩壊実験の高感度化

    清水 格

    2022年4月1日 ～ 2025年3月31日

  3. ニュートリノで拓く素粒子と宇宙

    中家 剛, 清水 格, 佐藤 修, 日下 暁人, 石塚 正基, 石原 安野, 津村 浩二, 伊藤 好孝, 市川 温子, 伊部 昌宏, 早戸 良成

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：Kyoto University

    2018年6月29日 ～ 2023年3月31日

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    新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」では、宇宙の初期から現在に至るまでの物理過程を統一的に理解するために、物理学の革新となる「新しい素粒子、宇宙像」の創造を目指している。そのために、TeVのエネルギースケールを大きく超える新物理を探ることが不可避であり、この未知の領域に踏み込む研究として「ニュートリノ」を軸とした [素粒子+宇宙]×[理論+実験] の多角的なアプローチを進めている。計画研究A班では、スーパーカミオカンデにGdを溶解することで中性子捕獲率を向上させニュートリノと反ニュートリノ識別能力の向上、T2K実験で複数リングを持つ事象サンプル解析による統計精度の改善、IcuCube実験による新物理「磁気モノポール」の探索等、本領域の基盤となる研究が進展した。また、CMB観測実験では、COVID-19の影響で望遠鏡建設に遅れが出ているものの、既存のPOLARBEAR望遠鏡のデータを使ったCMB B-mode偏極の測定が進んだ。計画研究B班では、高圧Xe-TPC検出器180Lプロトタイプを使った実証実験が行われたことと、エマルジョンの大量生産が進んでいる。計画研究C班は、理論によって本領域の実験観測結果をつなぐ重要な成果を多数発表した。その重要な成果が出た研究例としては、ミューオン加速器実験の創案、レプトジェネシスとミューオンg-2を繋ぐ模型、GUTとつながる暗黒物質模型、IceCube実験によるステライルニュートリノへの制限等がある。 2022年3月に領域研究会を対面＋オンラインのハイブリッド形式で開き、研究成果を広く発信すると共に、今年度の領域内の活動を総括した。また、公募研究との関係を強化するために、2021年9月から12月にかけて計4回、公募研究セミナーを実施した。領域の宣伝用のパンフレットをアップデートし、一般に向けても積極的に情報を発信した。

  4. 自然ニュートリノ観測と陽子崩壊探索を通して探る新たな素粒子物理

    早戸 良成, 久世 正弘, 清水 格, 鈴木 州, ウェンデル ロジャー, 石塚 正基, 西村 康宏

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：The University of Tokyo

    2018年6月29日 ～ 2023年3月31日

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    2020年度は1996年のスーパーカミオカンデ（SK）-I実験開始から2018年6月のSK-IV終了までに取得したスーパーカミオカンデの全大気ニュートリノデータを用いた振動解析を完了させた。この解析では、前年度までに行ってきた中性子同定手法の改良を適用、事象分類の精度を高めることで、データサンプルの質の向上を実現した。その結果、質量階層性について逆階層は71.4%～90.3%の信頼度で棄却、混合角23は45度以下が、また、CPパラメータは最大に破れている3/2πが好まれるという結果が得られたが、まだその信頼度は高くない。今後、T2K実験との共同解析により、さらに精度・信頼度を高めた結果を出すことを目指している。 陽子崩壊については、SKIからIVまでの全データについて、有効体積を従来より20%広げ、さらにこれまで解析していなかった最新のデータも利用することで、450kt・yr分のデータが利用可能となった。この中で発生した陽子の陽電子と中性π粒子、および、μ粒子と中性π粒子に崩壊する事象を探索した。しかし、有意な事象数超過は観測されず、前者については2.4x10^33年、後者については1.6x10^34年という寿命の下限値(90%信頼度)が得られた。（Phys. Rev. D 102, 112011 (2020))。また、有効体積の拡張は行っていないが、酸素中の中性子・反中性子振動探索についても探索を行い、結果を出版した。(Phys. Rev. D 103, 012008 (2021)) 2020年度の夏にはSK検出器にガドリニウムを導入することに成功した。光の透過率などにも大きな影響は見られず、また、ガドリニウムによる中性子吸収事象を確認することができた。 ハイパーカミオカンデ用エレクトロニクスおよび光センサーの開発も順調に進んでおり、光センサーについては2020年12月から量産品の納品も開始された。

  5. 高性能液体シンチレータ検出器を用いたニュートリノのマヨラナ性の研究

    清水 格

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2019年4月1日 ～ 2022年3月31日

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    ニュートリノのマヨラナ性を検証する二重ベータ崩壊実験を高感度化するため、高性能小型プロトタイプ検出器を用いた実証試験を行った。新液体シンチレータ・集光ミラー・改良型光センサーなどの個別の開発を組み合わせ、大光量測定を可能にするプロトタイプ検出器の製作を実現した。本研究によって目標としていた液体シンチレータ検出器の高性能化が達成できることが分かり、二重ベータ崩壊実験によるマヨラナ質量の観測が実現する可能性が高まった。

  6. メタルスカベンジャーによる液体シンチレータ検出器の極低放射能化

    清水 格

    2017年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    ニュートリノや暗黒物質が関わる希少事象探索は、宇宙・素粒子の未解決問題を解き明かす鍵となっていると考えられており、神岡地下で進行する極低放射能環境を活用した実験的研究の重要性が高まっている。新しい純化手法の候補として、有機合成分野において近年開発が進んでいるメタルスカベンジャー（金属捕捉材）による吸着法が挙げられる。 本研究では、これまで小規模装置で開発を行ってきたシリカゲルにアミノプロピル基を付けたメタルスカベンジャーによる放射性重金属の吸着純化技術をさらに発展させ、十分な純化速度が得られる液体シンチレータ純化装置の製作・稼働を行い、液体シンチレータ検出器における主要なバックグラウンド源に対する除去率を評価する。これまでの研究において、液体シンチレータの主成分であるリニアアルキルベンゼン（LAB）を130 L/h程度で純化する直径10 cmの直管型吸着カラムを製作した。感度波長において9 cm 光透過率は0.24%以内で安定しており、純化してもLABの高い光透過率が維持できることを示した。また、LABに発光剤を添加した液体シンチレータの発光量についても誤差2%の範囲内で有意な変化は見られず、発光性能への影響が十分に小さいことを確認した。放射性鉛除去についてはLABの流量を最適化しても、4回までの循環では目標の90%の除去率が達成できなかった。そこで、吸着カラムの吸着層の厚みを2 cmから4 cmに拡張することでメタルスカベンジャーの使用量を約2倍に増やし、カラムプロセスにおける鉛吸着効率の向上を試みた。その結果、3回の循環によって約90.4±0.4%の除去率を達成できることが分かった。本研究によって、メタルスカベンジャーによる吸着純化は液体シンチレータの成分を変化させずに放射性鉛を除去する実用的な方法であることが示された。

  7. キセノンを用いた二重ベータ崩壊実験のための新型液体シンチレータ検出器の開発

    清水 格

    2016年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    キセノン含有液体シンチレータを用いてニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊を探索するKamLAND-Zen実験では、検出器の極低放射線環境と拡張性において非常に優れた性能を発揮し、世界の実験を大きくリードしている。これまでの液体シンチレータ検出器は、光到達時間から再構成した位置情報のみを基にして発光点がどちらの層にあるかを区別してきたが、本研究ではこれに発光時定数の情報を加えた検出器を開発する。二重ベータ崩壊核が存在する内層に短時定数発光、外層に長時定数発光の液体シンチレータを導入し、発光時間波形の違いによって外層での発光の寄与の有無を判定する。これまでの研究で大型の検出器において使用実績のあるプソイドクメン（PC）とリニアアルキルベンゼン（LAB）をベースとした液体シンチレータを比較して、発光時定数に違いが現れることを確認している。シンチレーション光に対する吸収・再発光や散乱の効果を正確に評価するため、発光時間波形・波長情報と散乱角度を同時に測定する光学パラメータ測定装置を製作した。暗室内部で角度依存性を自動スキャンするため、遠隔制御のロータリーステージを用いている。LABベースの液体シンチレータを用いて、波長360 nmの吸収に対する再発光確率、及び長波長（> 400 nm）の散乱確率とその角度依存性を測定した。これらの結果を入力値とした光学シミュレーションを行うことで、正確な集光率及び発光時間波形の予測から発光点識別能を評価できるようになる。

  8. 高発光液体シンチレータ検出器によるマヨラナニュートリノ質量の研究

    清水 格, 古賀 真之, 池田 晴雄, 丸藤 亜寿紗

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    ニュートリノが持つマヨラナ質量を高感度測定するための液体シンチレータ検出器開発を行った。その結果、液体シンチレータ原料に含まれる吸光不純物に対して、モレキュラーシーブや活性炭による吸着純化が有効であり、シンチレータとしての性能が大きく向上することが判明した。純化によって発光量と光透過率が増加したことで、目標としていた検出器の高性能化を達成した。本研究によって大型検出器製作にかかるコストが大幅に抑えられたことから、液体シンチレータ検出器によってマヨラナ質量の観測が実現する可能性が高まった。

  9. メタルスカベンジャーによる極低放射能化技術の開発

    清水 格

    2015年4月1日 ～ 2017年3月31日

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    世界をリードする地下素核研究に向けて実験の一層の高感度化を実現するためには、低放射能化技術の強化が必要である。本研究では、メタルスカベンジャーを用いた放射性重金属の吸着手法を開発するため、液体シンチレータ中の金属に対する除去率を評価した。原子核反応を起源とする放射性金属を液体シンチレータ中に溶かしこませるため、ラドンガスのバブリングによって放射性鉛を液中で内部生成させた。メタルスカベンジャーの候補を選定するため、５社１２製品の試薬に対してバッチプロセスによる鉛の吸着除去試験を行った。除去率が高いものに対しては試薬を増量した吸着試験も行い、最大約95%の除去率が得られることを確認した。また、実機の純化では液体シンチレータを試薬入りのカラムに連続して送り込むカラムプロセスによる吸着が必要となるため、小規模な装置を構築しカラムプロセスでの吸着性能を評価した。その結果、最も高い吸着性能を示したシリカゲルにアミノプロピル基を付けたメタルスカベンジャーが候補として有力であることが分かった。また、カラムプロセスでは一定流量で処理し続けても除去率は維持されることを確認した。吸着材の使用量あたりの除去率が最大となるように吸着条件を決定すると、94%の除去率が得られた20 mmの吸着層の長さが最適な条件となる。このカラムプロセスを繰り返すと除去率は増大し、最大98%の除去率が得られる。純水と液体シンチレータを撹拌する液液抽出法での純化では最大80%程度の除去率であったことから、メタルスカベンジャーは極性の小さい有機金属に対しても吸着性能を示している可能性がある。また、一定流量で処理し続けても除去率は維持されることを確認した。さらに、液体シンチレータ中の発光材（PPO）の吸着による発光量の低下や不純物混入による光透過率の低下が起こらないことを確認した。

  10. ニュートリノ研究のための発光波長の異なる２層型液体シンチレータ検出器の開発

    清水 格, 林 歩美

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月1日 ～ 2017年3月31日

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    発光波長に感度を持つ光センサーを用いた２層型液体シンチレータ検出器の発光点識別によるバックグラウンド削減を実現するため、小型プロトタイプ検出器の製作と性能評価を行った。波長変換プレートと光電子増倍管を組み合わせた光センサーを用いて発光波長の異なる液体シンチレータの光子計数を行い、シミュレーションで予測した識別能が得られることを確認した。この結果、大型検出器において発光点識別を実現するための装置設計が詳細に検討できるようになった。

  11. 超短基線反ニュートリノ欠損解明の為の基礎研究

    中村 健悟, 清水 格, 松田 さゆり

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Tohoku University

    2013年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    過去に行われた原子炉反電子ニュートリノ実験データの見直しにより、第４世代のニュートリノの存在が示唆されるようになってきた。本研究は、既にニュートリノ研究で実績のあるカムランドを用いて第４世代のニュートリノ探索を行う為の基礎研究の位置付けで、反電子ニュートリノ線源をカムランドの近傍に設置して行う実験の技術的な設計を行い、実際にカムランドで第４世代ニュートリノの探索が可能であることを示した。

  12. 高集光液体シンチレータ検出器による二重ベータ崩壊の研究

    清水 格

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    研究機関：Tohoku University

    2011年4月1日 ～ 2015年3月31日

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    同位体濃縮キセノンを用いた0ν二重ベータ崩壊の高感度観測のための装置開発を行った。成型したPETフィルムにアルミ蒸着することで大型液体シンチレータ検出器（KamLAND）に特化した形状の集光ミラーを製作し、遠距離から飛来するシンチレーション光に対する集光率の増加を実測によって確認した。同時に、リニアアルキルベンゼンを溶媒とした液体シンチレータの光学性能を高めるため蒸留法と吸着法を組み合わせた不純物除去を行い、現行の液体シンチレータ以上の性能が得られることを確認した。本研究によって、逆階層型までのニュートリノ質量の検証を実現する0ν二重ベータ崩壊探索実験の具体的な検討が可能となった。

  13. カリウム地球ニュートリノ測定のためのCdWO4結晶シンチレータ検出器の開発

    清水 格

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2011年 ～ 2012年

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    地球内部の熱源である放射化熱の量を決定するため、カリウム原子核崩壊に起因する低エネルギーの反ニュートリノに対しても感度を持つCdWO_4結晶シンチレータの開発を実施し、基本性能の評価を行った。実測したパラメータを基にしたプロトタイプ検出器の設計が完了し、新型反ニュートリノ測定装置を実現する具体的な方法を確立した。この結果、約20%の不定性でカリウム地球ニュートリノ量を決定するのに必要な検出器の大型化を検討できる段階となった。

  14. 低エネルギー太陽ニュートリノ観測によるCNOサイクルの検証の研究

    清水 格

    2006年 ～ 2007年

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    KamLAND実験では、これまでの原子炉・地球反ニュートリノ観測に加え、さらに低エネルギーの太陽ニュートリノ観測を目指している。太陽内部の核融合反応では、ppチェーンとよばれる一連の反応と、炭素・窒素・酸素の原子核が触媒的に作用するCNOサイクルとよばれる一連の反応が関係する。本研究では、これまでに観測されていないCNOサイクルで作られるニュートリノを高精度で測定し、太陽モデルにおける重元素量の検証を目標とする。 CNO太陽ニュートリノの観測を行うためには、現在約40mBq/m^3の崩壊率で最大のバックグラウンド源となっている^<210>Pbを3桁以上削減する必要がある。液体シンチレータの純化には蒸留法を用いるが、小規模実験装置においてPbを約4桁の削減できることが確認されている。平成18年度は、前年度において建設された蒸留装置を用いてKamLAND検出器の液体シンチレータの純化を行った。しかし、一回の循環で^<210>Pbに対して約1/4程度の除去率しか得られていないことが分かった。予測よりも悪い除去率となった原因として、循環の途中で純化後と純化前の液体シンチレータが検出器内で混合してしまったことが挙げられる。しかし、混合が起きる前の除去率も2桁程度であったことから蒸留装置自体にも問題があると考えられる。そこで、^<210>Pbに対する除去性能を高めるために、蒸留装置自体の改造を計画した。この改造により、小規模実験装置と同様の蒸留のコントロールが可能となり、目標の削減レベルが得られることが期待できる。また、循環中の液体シンチレータの混合を防ぐための温度コントロールのための熱交換器を導入した。今後は、再純化を行い改造後の蒸留装置の性能評価を行うとともに、^<210>Pbの削減後に最大のバックグラウンドとなる宇宙線起源の^<11>Cの解析的な除去効率を確認する。

  15. 原子炉を使ったニュートリノ振動パラメータの精密測定

    清水 格

    2004年 ～ 2005年

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    KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector)実験では、液体シンチレータの大発光特性を生かし、平均距離、約180kmの原子炉や地球から飛来する反ニュートリノの観測を行なっている。昨年度までの原子炉ニュートリノの研究で、99.998%の信頼度でニュートリノの消失を確認すると同時に、ニュートリノ振動の重要な特徴となるスペクトルの歪みも99.78%の信頼度で確かめられた。KamLANDにおいて振動パラメータをさらに精密に測定するには、統計量の拡大と系統誤差の縮小が必要となる。統計量の拡大にはこれまでの半径5.5m球の有効体積(697m^3)を拡大し検出器外側のデータも解析に取り入れることが目標となる。 有効体積を拡大するにあたって、最も顕著なバックグラウンドは検出器外側と低エネルギー領域にある偶発イベントであるが、これらのイベントは検出閾値を高くすることで除かれる。また、ミューオン起源の高速中性子は検出器外側に集中する。エネルギーの高い領域では、高速中性子のバックグラウンドが支配的になるため、ミューオンの軌跡と中性子生成のプロセスを含めた詳細なシミュレーションが必要となる。 検出器に到達する高速中性子数を見積もる際に、最も不定性が大きいのはミューオンによる中性子の生成プロセスである。この不定性を抑えるために、検出器外側にある外部検出器を通過したミューオンを用いて、中性子生成量に対する校正を行なう。外部検出器との同時計測を用いて観測された中性子生成量とミューオンフラックスから予想される生成量との違いは1.5倍程度であった。また、ミューオンが外部検出器を通過しない場合でも、約半数はミューオンがおこす電磁シャワーによって外部検出器で観測できることが分かった。この結果、原子炉ニュートリノの観測エネルギー領域において高速中性子のバックグラウンドは全体積で0.002events/day程度となり、原子炉ニュートリノイベント数0.8events/dayに対して十分に小さくなることが確かめられた。 2002年3月9日から2004年10月31日までのデータ(749.1日)を用いて解析を行い、3.0MeV以上のエネルギー領域において有効体積をこれまでの半径5.5m球から半径6.0m球に拡大したところ、統計量は1.3倍となり振動パラメータに対する感度が向上した。その結果、>99%の信頼度で振動パラメータを質量2乗差Δm^2=7.9x10^<-5>eV^2付近のみに絞り込むことができた。

  16. ニュートリノ観測 競争的資金

    制度名：SCF System for Establishment and Support of Center's of Excellence

    2001年4月 ～

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社会貢献活動 4

  1. GSA（ジオ・スペース・アドベンチャー）

    2006年7月15日 ～ 2006年7月17日

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    岐阜県飛騨市の神岡鉱山内で行なっている実験を一般公開するイベント、GSA（ジオ・スペース・アドベンチャー）に参加し、東北大学のKamLAND検出器の紹介を行なった。より多くの人に研究内容を深く知ってもらうため、展示品、ポスターなどを準備し、一般向けのニュートリノ研究の講演も担当した。

  2. 夢のたまご塾 飛騨アカデミー

    2013年8月9日 ～

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    飛騨市が主催する小中学生を対象とした夏セミナー 講義、カムランド見学

  3. スーパーサイエンススクール (SSH)

    2013年8月7日 ～

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    飛騨市と連携したスーパーサイエンススクール (SSH)指定校の研修の受け入れ 講義、カムランド見学

  4. 東北大学イノベーションフェア

    2007年10月5日 ～

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    東北大学の研究成果を広く一般に公開し、理解を得るとともに、関連企業との情報交換の場を提供する。プレゼンテーション部門において、世界に類のない超高感度を目指すカムランドの液体シンチレーターの蒸留プラントの建設と運転による結果を紹介した。