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NEWAGE 実験

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. ダークマター 検出器の 地上実験進捗. だあくまたん. 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. 京大理　　中村　輝石. NEWAGE 実験. 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. ダークマター. WMAP の CMB 測定

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  1. 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 ダークマター検出器の 地上実験進捗 だあくまたん 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 京大理　　中村　輝石 NEWAGE実験 • 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

  2. ダークマター 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

  3. NEWAGE 到来方向に偏りがある 飛跡を捉える WIMP （ダークマター） M=80GeV σ=0.1pb 電子 シミュレーション 1) μ-TPC 原子核 CF4ガス 40 2) μ-PIC WIMP WIND θ 原子核 [count/3m3/year/bin] 20 0 2)μ-TPC・・・ MicroTime Projection Chamber 1)μ-PIC ・・・ MicroPixel Chamber -1 0 1 cosθ

  4. 40cm 　現状＠神岡の地下 Phys.Lett.B686(2010)10 • 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]

  5. 　検出器　NEWAGE-0.3b　（＠京都） 30cm ドリフト長：50cm μ-TPC y 23cm 読み出し 30cm 28cm z ドリフトプレーン 電圧：-2.58kV x 60cm NEWAGE-0.3b 50cm μ-PIC 電圧：515V ピクセル数：786×786 ピクセル間隔：400μm GEM 電圧：-350V/-130V

  6. 　ラドンのバックグラウンド ・ 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 6MeVピークの時間変化 壁 6000 壁 検出領域 U 4000 Rn rate [count/kg/days] α崩壊 2000 ・・・実験データ Rn ・・・フィッティング 0 0 4 8 12 16 [day]

  7. 　冷却活性炭システム 冷却（183K） ・・・ ラドンを液化 活性炭 ・・・ ラドンを吸着 検出器 μ-TPC CF4 CF4 Rn 25cm 12cm Rnの沸点：211K CF4の沸点：145K ポンプ 冷却機 CF4 Rn ポンプ流量：600ml/min CF4 活性炭 Rn Rn Rn 活性炭 CF4 冷却温度：183K 活性炭：150g

  8. 　ラドン除去を確認 ・・・活性炭なし ・・・冷却活性炭システム ラドン（６MeVピーク）：1/10

  9. 　低圧ガスの利点（0.2atm ⇒ 0.1atm） 飛跡：長く（～2倍） • 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 2 σ=1pb, M=100GeV, target:F counts/keV/kg/days new threshold 1 current threshold Expected sensitivities 0.2atm 0.1atm 0 200 0 50 100 150 keV

  10. 飛跡の伸びを確認 Energy vs Length @ 0.2 atm Energy vs Length @ 0.1 atm Length[cm] Length[cm] Energy[keV] Energy[keV] Length(1MeV～2MeV) A.U. 10B+n→ 7Li+4He （Q値2.3MeV） 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]

  11. 　まとめ • 冷却活性炭システム • ラドン除去：1/10 • 低圧ガス（0.2atm ⇒ 0.1atm） • 　　飛跡：約2倍 WIMP杖 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 • 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） イメージキャラクター 「だあくまたん」

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