Transcript NEWAGE実験27：低圧ガスを用いた新検出器による地下

日本物理学会秋季大会 高知大学 2013/09/20
中村輝石（京大理）
(*)身内賢太朗（神戸大）、谷森達、窪秀利、西村広展
Parker Joseph、高田淳史、水本哲矢、澤野達哉
松岡佳大、古村翔太郎、(*)山口祐史郎、(*)中浦正太
(#)関谷洋之（ICRR）、(#)竹田敦
３．地下測定の結果
New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment
暗黒物質の到来方向異方性
↓
反跳原子核の飛跡を捉えて暗黒物質検出
暗黒物質
μ-TPC
CF4ガス
2)
原子核
μ-PIC
・・・ Micro Time Projection Chamber
1)μ-PIC ・・・ Micro Pixel Chamber
2)μ-TPC
M=80GeV
σ=0.1pb
予想されるcosθ分布
電子
[count/3m3/year/bin]
1)
40
DM
θ
20
0
-1
Nucleus
0
cosθ
1
• 大型化：～2倍（23×27×31cm3⇒30×30×41cm3）
• 低圧化（低閾値化）：152⇒76torr（100⇒50keV）
• DAQのアップグレード
NEWAGE-0.3b’
PEEK + copper wire
41cm
m-PIC
30x30 cm2
大型GEM
31x31 cm2
Drift Cage
41 cm
PEEK
Time Over Threshold
Detector
mode5
all
Rise & Fall timing
(“energy” of each strip)
NEWAGE-0.3b’
NEWAGE-0.1a
mode3
all
Rise timing
NEWAGE-0.3a’
mode1
x-y coincidence
max, min only
Rise timing
NEWAGE-0.3b
clock
discri th
clock
全ての情報を取得
するmode5を導入
Strip information
(for each clock)
Digital
x strip
y strip
mode5
mode3
mode1
Flash ADC
energy(charge) PC
3D track
Analog
sum
• ガス圧：152 ⇒ 76torr
• 角度分解能：40度@50-100keV
angular resolution
JPS2011秋
76torr (NEWAGE-0.3B)
152torr (NEWAGE-0.3a)
• 方向感度を保つエネルギー閾値は100⇒50keVに
lengthカット（第一のカット）
length・・・トラックの長さ
（これまでも用いていたカット）
137Cs (γ線)
252Cf (原子核反跳)
• 原子核反跳(252Cf)
• 短い
• ガンマ線(137Cs)
• 長い
l[cm]<0.6+0.004*E[keV]
を選択
nhitカット（第二のカット）
nhit・・・トラックのTOTの和（面積）
トラック例
137Cs (γ線)
252Cf (原子核反跳)
TOT
x(anode strip)
y(cathode strip)
• 原子核反跳(252Cf)
• エネルギーと正の相関を持つ
• ガンマ線(137Cs)
• かすれたようなトラック(dE/dx：小)
nhit>100を
選択
chi2カット（第三のカット）
chi2・・・直線fitの合い具合
トラック例
（原子核）
137Cs (γ線)
252Cf (原子核反跳)
トラック例
（γ線）
立ち上がり
点の直線fit
• 原子核反跳(252Cf)
• 立ち上がり点：下に凸の曲線
• ⇒直線とのずれ：大
•ガンマ線(137Cs)
• 立ち上がり点：スパッと切れた形状
• ⇒直線とのずれ：小
chi2[cm2]>0.5
を選択
• カット後のデータとGeant4を比較
（Geant4はガスとの反応まで振る）
原子核事象の検出効率
• 原子核
• 検出効率：30％@50keV（閾値）
• ガンマ線
• 除去能力：4×10-6@50-100keV
ガンマ線事象の検出効率
mode5で取得できる飛跡の形状を用
いて、原子核を残してガンマ線を効
果的に除去できた
RUN14の条件
• depth : 2700 m.w.e
• period : 2013/7/20～8/11
• live time : 17.1 days
• fiducial volume：28x24x41=27500cm3
• mass : 10.36g
• exposure : ～0.18 kg days
Kamioka
地下(LAB-Bの奥)のNEWAGE-0.3b
エネルギースペクトル
RUN5 (NEWAGE-0.3a)
RUN14 (NEWAGE-0.3b)
RUN14の測定結果
• エネルギースペクトル
• エネルギー閾値：100⇒50keV
• BGレート：1/10@100keV
• スカイマップ、cosθ分布
• 統計が少なく、cos分布がフラッ
トなのか前方散乱の非対称性が
あるのかを有意に区別できない
skymap
cosθ分布
50-60keV
100-110keV
方向感度を持つ検出器による制限
• 800pb@200GeV
• RUN5の約10倍更新
p = 0.3 GeV/c2/cm3
v0 = 220 km/sec
vE = 244 km/sec
vesc = 650 km/sec
Energy resolution = 50%
Energy threshold = 50keV
NEWAGE-0.3bの性能
• 方向感度のあるエネルギー閾値：50keV
• ガンマ線除去能力：4×10-6 @50-100keV
• 原子核検出効率：30% @50keV
地下測定の結果
• RUN5の1/10のBGレート
• Exposure：0.18 kg days（live time：17days）
• σSD(χ→p)の制限：800pb @200GeV
今後
• 検出器の大型化
•
まだだ、まだ終わらんよ