Transcript NEWAGE実験19：ダークマター検出器の低圧ガス

日本物理学会 第66回 年次大会 2011/03/28
京大理 中村 輝石
谷森達、窪秀利、身内賢太朗
株木重人、Parker Joseph、岸本祐二、西村広展
黒澤俊介、岩城智
澤野達哉、谷上幸次郎、東直樹、松岡佳大
• 実験概要
• エネルギー閾値低下のための低圧ガス
• 検出効率
• 角度分解能
• まとめ
• 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず
⇒ 銀河スケールに暗黒物質
• 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの
位置がバリオンの分布と異なる
⇒ 銀河団スケールに暗黒物質
• 宇宙論パラメータの測定（CMBなど）から、
バリオンの約5倍の暗黒物質
⇒ 宇宙論スケールに暗黒物質
⇒ 非バリオンな"暗黒物質"
星の回転速度 [km/s]
銀河の回転曲線
銀河の中心からの距離 [pc]
銀河団衝突領域
宇宙のエネルギー組成
• 反応率が小さい
• 安定
• 質量を持つ（10～1000GeV）
⇒WIMP（LSP, LKP, LTP, etc...）
• （他の暗黒物質の候補もある）
• アクシオン
• Q-ボール
• ステラエルニュートリノ
• ...etc
最も軽い粒子がニュートラリーノの
場合、暗黒物質に成り得る
MSSMで追加される粒子
Weakly Interacting Massive Particle
ニュートラリーノと原子核の弾性散乱のファインマン図
σSD=1pb
M=100GeV
target:F
予想されるエネルギースペクトル
6月
12月
計数率の季節変化は
数%程度
• 季節変化（従来）
大量の標的 ⇒ 固体検出器
予想される散乱角θの余弦分布
• 暗黒物質の"風向き"
飛跡を捉える ⇒ ガス検出器（※）
到来方向異方性には
大きな前後非対称性あり
WIMP
（※）名大NITグループはエマル
ジョンを用いた飛跡検出型探索
実験のR&Dをしている
θ
原子核
New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment
• μ-TPC：反跳原子核の三次元飛跡を捉える
（※）当研究室OB
• NEWAGEの神岡地下での先行研究（nishimura09（※））から制限曲線
SD反応の散乱断面積への制限（90%C.L.）
WIMP
1)
μ-TPC
CF4ガス
2)
先行研究による制限曲線
電子
原子核
μ-PIC
(pitch:400μm)
2)μ-TPC
1)μ-PIC
・・・ Micro Time Projection Chamber
・・・ Micro Pixel Chamber
• 他の実験に棄却されているものの、ポジティブリザルトを主張する
DAMAの領域の探索 （現行の約1000倍の感度で到達）
• バックグラウンド：1/10 （感度10倍）
⇒ ラドン除去システム
• エネルギー閾値：1/2 （感度10倍）
⇒ 低圧力での運用
• 大型化
⇒ 1m3サイズを数台
(現行は30cm3)
SD反応の散乱断面積への予想される制限
（90%C.L.）
圧力ごとの飛跡長（SRIM）
• ガス圧低減（152torr → 76torr）
• 飛跡長が約2倍に
長
短
• 低エネルギー（飛跡が短い）事象に感度
• 暗黒物質に対する感度上昇（約10倍）
予想されるエネルギースペクトル
• 確認すべきもの
• 検出効率
（低エネルギーな原子核反跳）
• 角度分解能
（方向性）
σ=1pb, M=100GeV, target:F
252Cf
• 原子核反跳事象の検出効率：
シミュレーションと測定データ(nhit>3)の比
検出器
• 100keV@152torrの検出効率と同等の検出効率を持
つエネルギーが70keV@76torrに低下
• 半分の50keVに達さなかったのは、
ガスゲイン不足
原子核反跳事象
の検出効率
• 飛跡長：2倍⇒長さ当たりの電子数：1/2
⇒ 必要ゲイン2倍
• 使用したゲイン：1.5倍（=1260/860）
赤：76torr
青：152torr
• 1を超過しているのは、シミュレーショ
ンの不定性
252Cf
• 測定データとシミュレーションを比較
（シミュレーションは角度分解能ごとに作成）
中性子
θ
原子核
• 角度分解能：50+7-2度（100-200keV）
（先行研究：55度@152torr）
⇒これまでと同等の分解能。ゲインの確保により向上が見込まれる
カウント数
カウント（相対値）
• 100keV以下：要アルゴリズムの改良
シミュレーションによる余弦分布
（100-200keV、角度分解能ごと）
中性子による原子核散乱の
余弦分布（100-200keV）
青：測定データ
緑：シミュレーション（σ=50°）
方向に感度を持つ暗黒物質探索実験NEWAGEにおいて
低圧力運用（152torr ⇒ 76torr）
• エネルギー閾値（検出効率から）
100keV ⇒ 70keV
50keVには達さず（ゲイン不足）
• 角度分解能
50°@100-200keV
値は従来と同程度
展望・・・・ ゲインUP ・ 方向決定アルゴリズム改良
⇒ エネルギー閾値を50keVに