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Double Beta Decay
木河達也、福田泰嵩
1.Double Beta Decayとは？
1-1.目的
1-2.Majoranaとは?
1-3.Double Beta Decayとは?
1-4.Double Beta Decayから得るものは？
1-1.目的
Neutrino-lessの
Double Beta Decay事象を
発見したい！
1-2.Majoranaとは?
Majorana粒子
粒子＝反粒子
粒子数保存を破る
Dirac粒子
粒子  反粒子
粒子数保存
Condition
Condition
中性粒子
特になし
でないと電荷保存を破る
1-3.DBDとは?
mode（Standard Model）
diagram
1-3.DBDとは?
Condition
１回のβ崩壊がエネルギー的に禁止される
Energy
N(A,Z-2)
禁止
DBD
N(A,Z)
1-3.DBDとは?
DBDの種類
1.beta decay + beta decay
2.electron capture + beta decay
3. electron capture + electron capture
1-3.DBDとは?
mode（ Neutrino-less ）
diagram
1-3.DBDとは?
Standard Modelでは禁止されている
1.レプトン数の非保存
中性子から放出→右巻き
2.ヘリシティの不一致
中性子に吸収→左巻き
1-3.DBDとは?
Neutrino-less Double Beta Decayの条件
1.Majorana粒子
2.粒子・反粒子のhelicityが等しい
Massiveなら満たされる
1-4.Double beta decayから得るものは？
Majorana粒子の存在
レプトン数非保存
ニュートリノの質量の絶対値
2.いかにしてニュートリノレスの
ダブルベータ崩壊をみつけるか
2-1.CdTe(カドミウムテルル)
2-2.半導体検出器
2-3.Coplanar grid technique
2-4.Flash Analog Digital Converter
2-5.適切な電圧差は？
2-6.トリプルコインシデンス
2-7.セットアップ
2.いかにしてニュートリノレスの
ダブルベータ崩壊をみつけるか
線源としてCdTeを使用
崩壊によって発生するエネルギーは一定（Q値）
Q値のエネルギーを持った陽電子を
観測できれば良い。
2-1.CdTe(カドミウムテルル)
メリット
• 電子捕獲陽電子崩壊を起こす。
• 常温で半導体検出器として使える。
デメリット
• 分解能が低い。
• バックグラウンドに弱い。
• ホールの易動度が低い。
2-2.半導体検出器
ホール
陰極側
空乏層
電子
陽極側
観測されるデータは、陽極での電子の収集によるもの
＋陰極でのホールの収集によるもの。
ホールの収集によるデータは、
電離が起きた位置に依存する。
エネルギーのみに依存したデータを
測定することができない。
2-3.Coplanar grid technique
陰極側のGrid
陽極側のGrid
陽極側のGrid
CdTe
実際の写真
陽極側に電圧の異なる2つの
Gridをセットし、それぞれのGrid
から同時に読み出す。
電子は電圧の高い方の陽極に収集される。
eCdTe
陰極側
陽極1
電圧が低い方
陽極2
電圧が高い方
陽極側
この様子をそれぞれのGridから見ると
Voltage
Voltage
陽極2
＋ホールの効果
時間
陽極1
＋ホールの効果
時間
電子は電圧の高い方の陽極に収集される。
eCdTe
陰極側
陽極1
電圧が低い方
陽極2
電圧が高い方
陽極側
この様子をそれぞれのGridから見ると
Voltage
Voltage
陽極2
＋ホールの効果
時間
－
Voltage
陽極1
＋ホールの効果
＝
時間
時間
ホールの効果をキャンセルすることができる
→電離の起きた場所に依存しないデータを得ることができる
実際に見てみる
Cｓ（セシウム）の発するγ線を、CdTeで検出し、
その信号をオシロスコープで観測
CH1(high bias)
CH2(low bias)
CH2-CH1
2-4.Flash Analog Digital Converter
なぜFADCを使ったか
Voltage
パルスハイト型ADCでは
時間
パルスの大きさしかわからない
2-4. Analog Digital Converter
なぜFADCを使ったか
Voltage
FADCでは
時間
信号の波形を観測することができる。
2-5.適切な電圧差は？
CH1:150V, CH2:160V
CH1:130V, CH2:160V
160
160
120
100
80
a=52.2665
b=1.32146
c=14.6032
分解能：9.04911%
140
120
100
event
a=43.3118
b=1.35264
c=14.5578
分解能：9.29151%
140
80
60
60
40
40
20
20
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
voltage(m V)
a=35.8562
b=1.62626
c=14.2246
分解能： 11.43272%
100
80
40
20
0
2
4
6
8
10
voltage(m V)
6
8
10
12
14
16
18
でフィッティング
60
0
4
Cｓ（セシウム）の発する
γ線を観測
160
120
2
voltage(m V)
CH1:140V, CH2:160V
140
0
12
14
16
18
20
CH1の電圧が130Vの時が
最も分解能(b/c)がよい。
cの値でキャリブレーション
20
2-6.トリプルコインシデンス
(511keV)
(511keV)
対消滅
原子軌道上の電子
ダブルベータ崩壊で生まれた陽電子
CdTe（半導体検出器）で陽電子を検出、
2つのNaIシンチレーターでγ線を検出。
CdTeを4つのNaIで囲む
4つのうち2つのNaIで粒子線が検出される事象と、
CdTeで粒子線が検出される事象で
コインシデンスをとる
2-7.セットアップ
測定結果
33時間測定をした結果、
10個のイベントが観測された。
測定結果
１０個のうちneutrino-less double beta decayは…
０個でした
3.考察・展望（CdTe）
Grid techについて
holeの情報が無くなっているので
Grid Techはうまくいっている(様に見える)！
3.考察・展望（CdTe）
半導体検出器について
電位差をつけるほど分解能がよくなる
But CdTeに電位差をつけすぎると静電放射
壊れてしまうかも
分解能を良くするには
・半導体を薄くする
・Biasを高くする
3.考察・展望（DBD）
Neutrino-less Double Beta Decay発見ならず
今回は33時間だけ
もっと時間をかければ・・・見えるかも
Thank you for your listening!

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