Transcript ダークマター

NEWAGE実験
京大理
2010年度 天体天文物理若手 夏の学校 宇宙線分科会 （豊橋）
2010/08/04
中村 輝石
谷森達、窪秀利、身内賢太朗
株木重人、Parker Joseph、岸本裕二、西村広展
上野一樹、黒澤俊介、岩城智、高橋慶在
澤野達哉、谷上幸次郎、東直樹
青野正裕、松岡佳大
• ダークマターとは
• NEWAGE実験
• ラドン除去（低バックグラウンド化）
• 低圧ガス（高感度化）
• まとめ
WMAPのCMB測定
→ 宇宙のエネルギーの23％は
非バリオン（ダークマター）
WMAP/NASA
WIMP (Weakly Interacting Massive Particle)
ダークマターの有力候補 （質量：10～100GeV）
原子核を反跳する！（反跳エネルギー～100KeV）
WIMPの計数は多くても ・・・ 1 [count/kg/day]
( J.D. Levin, P.F. Smith 1996 )
少ない
→ バックグラウンドを抑えることが重要
到来方向に偏りがある
飛跡を捉える
WIMP
（ダークマター）
μ-TPC
CF4ガス
2)
電子
原子核
μ-PIC
・・・ Micro Time Projection Chamber
1)μ-PIC ・・・ Micro Pixel Chamber
2)μ-TPC
M=80GeV
σ=0.1pb
シミュレーション
[count/3m3/year/bin]
1)
40
WIMP
WIND
20
0
-1
θ
原子核
0
cosθ
1
P h ys . L e t t . B 686( 2 0 1 0 ) 1 0
• 低バックグラウンドの地下で実験
• 散乱断面積の制限曲線を引いた
• 飛跡をとらえる実験で唯一
• ダークマターはまだ見えない
WIMP-陽子（SD）の制限曲線
σ[pb]
104
• 更なる高感度化、低BG化
• ラドン除去システム
• ガスの低圧化
• 低放射能なモノ選び
• 大型化
• ・・・etc
102
1
10
102
103
mass [GeV/c2]
y
μ-PIC
電圧：515V
ピクセル数：786×786
ピクセル間隔：400μm
x
GEM
電圧：-350V/-130V
z
ドリフトプレーン
電圧：-2.58kV
・ 検出器の壁などに微量に含まれるウランなどが崩壊
・ 気体なのでチェンバー内に進入
・ α崩壊してバックグラウンドとなる
U
検出領域
Rn
α崩壊
Rn
6MeVピークの時間変化
6000
壁
rate [count/kg/days]
壁
4000
・・・実験データ
・・・フィッティング
2000
0
0
4
8
12
16 [day]
冷却（183K） ・・・ ラドンを液化
活性炭 ・・・ ラドンを吸着
CF4
検出器
μ-TPC
CF4
Rn
ポンプ
CF4
冷却機
冷却温度：183K
ポンプ流量：600ml/min
Rn
CF4
活性炭
Rn
活性炭
Rnの沸点：211K
CF4の沸点：145K
Rn
Rn
CF4
活性炭：150g
・・・活性炭なし
・・・冷却活性炭システム
ラドン（６MeVピーク）：1/10
飛跡：長く（～2倍）
0.2atm
0.1atm
counts/keV/kg/days
• 低エネルギー（飛跡が短い）eventを回収
⇒ Energy Threshold：低下（100keV ⇒ 50keV）
⇒ Expected DM rate：増加（約10倍）
• 角度分解能向上
Expected spectrum
σ=1pb, M=100GeV, target:F
2
1
0
0
50
Expected
sensitiviti
100 es 150
200
keV
Length[cm]
Length[cm]
Energy vs Length @ 0.2 atm
A.U.
Energy[keV]
10B+n
7Li+4He
→
（Q値2.3MeV）
Energy vs Length @ 0.1 atm
Energy[keV]
Length(1MeV～2MeV)
0.1 atm
0.2 atm
• 約2倍の長さ
• 角度分解能の解析は今後
Length[cm]
• 冷却活性炭システム
ラドン除去：1/10
WIMP杖
• 低圧ガス（0.2atm ⇒ 0.1atm）
飛跡：約2倍
ゆらぎの
ドレス
• これからは・・・
• 角度分解能の解析
• 長期運用の安定性
イメージキャラクター
「だあくまたん」
• 神岡に導入！ （今秋予定）
• （イメージキャラクターの3次元モデリング）