Study of invisible nucleon decay, N approaches nu nu bar-nu, and a forbidden nuclear transition in the Kamiokande Detector

Abstract

A search was made for anomalous gamma-rays in the energy range between 19 and 50 MeV in the large underground water Cherenkov detector, Kamiokande. No significant excess was found above the known backgrounds. The result was used to set a limit on invisible nucleon decay through n approaches nu(sub mu) nu(sub mu) nu(sub mu) bar, n approaches nu(sub e) nu(sub e) nu(sub e) and n approaches nu(sub tau) nu(sub tau) nu(sub tau) bar. A lower limit on the partial life time tau(sub B) is given by tau(sub B)/Br(gamma) = 1.8 times 10(exp 31) years (90 percent C.L. (Confindence Level)), where Br(gamma) = upper case gamma(sub gamma)/upper case gamma(sub tot) is the branching fraction of the gamma-decay to the particle emission of the deexcitation of O-15(sup *). The life time limit becomes tau(sub B) = 4.9 times 10(exp 26) years (90 percent C.L.) for a conservative estimate of B(gamma) = 2.7 times 10(exp-5) assuming a nuclear single particle model. The result was also used for studying forbidden transitions in the O-16 nucleus. The limit for the relative strength of the forbidden transition to the normal transition is less than 2.3 times 10(exp-57)(90 percent C.L.).

Kamiokandeの大型地下水チェレンコフ検出器を用いて、19?50MeVのエネルギー領域の異常ガンマ線の探索を行った。既知のバックグラウンドを大幅に超えるものは検出されなかった。この結果を、n→νΜνΜνΜ bar、n→νeνeνe barおよびn→ντντντ barの過程を通じての不可視核子崩壊に関する限界を決定するのに使用した。粒子寿命τΒに対する下限はτΒ/Βγ(η)=1.8×10｛31｝年(90％C.L)で与えられる。こゝで、Βγ(η)=Γη/Γtotはガンマ崩壊に対する(15)O｛*｝の脱励起の粒子放出の分岐比である。粒子寿命は、単一粒子モデルを仮定してΒ(η)=2.7×10｛-5｝という控え目な推定値に対して、τΒ=4.9×10｛26｝年(90％C.L)となる。この結果は、また(16)Oの原子核の禁止遷移を研究するのにも使用した。禁止遷移対定常遷移の相対強度に対する限界は〈2.3×10｛-57｝(90％C.L)である。