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ダークマター 検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価

日本物理学会 第 66 回 年次大会 2011/03/28. ダークマター 検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価. 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 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. 京大理 　中村 輝石. 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. 銀河の回転曲線. 暗黒物質. 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

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ダークマター 検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価

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Presentation Transcript

  1. 日本物理学会 第66回 年次大会2011/03/28 • ダークマター検出器の低圧ガスにおける • 角度分解能の評価 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 京大理　中村輝石 • 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

  2. 銀河の回転曲線 暗黒物質 • 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

  3. 暗黒物質の候補粒子「WIMP」 Weakly Interacting Massive Particle • 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 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 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

  4. σSD=1pb M=100GeV target:F 暗黒物質の直接探索方法 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 • 暗黒物質の"風向き" • 飛跡を捉える ⇒ ガス検出器（※） 予想される散乱角θの余弦分布 到来方向異方性には 大きな前後非対称性あり cygnus WIMP θ （※）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 原子核

  5. NEWAGE 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 • NEWAGEの神岡地下での先行研究（nishimura09（※））から制限曲線 （※）当研究室OB SD反応の散乱断面積への制限（90%C.L.） WIMP 先行研究による制限曲線 電子 1) μ-TPC 原子核 CF4ガス 2) μ-PIC (pitch:400μm) 2)μ-TPC　・・・MicroTime Projection Chamber 1)μ-PIC　・・・　MicroPixel Chamber

  6. NEWAGEの次の目標 • 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.）

  7. 圧力ごとの飛跡長（SRIM） 低圧動作の効用 長 • ガス圧低減（152torr → 76torr） • 飛跡長が約2倍に • 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） 短 予想されるエネルギースペクトル σ=1pb, M=100GeV, target:F • 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） new threshold current threshold

  8. 252Cf 検出効率 neutron • 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 • 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 検出器 • 半分の50keVに達さなかったのは、ガスゲイン不足 • 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） • 1を超過しているのは、シミュレーションの不定性 原子核反跳事象の検出効率 赤：76torr 青：152torr

  9. 角度分解能 • 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） • 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 • 100keV以下：要アルゴリズムの改良 中性子による原子核散乱の 余弦分布（100-200keV） カウント数 カウント（相対値） 252Cf 青：測定データ 緑：シミュレーション（σ=50°） 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 θ 原子核

  10. 　結論 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

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