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低圧ガスを用いた新検出器による 地下実験報告

NEWAGE 実験 27. 日本物理学会秋季大会　高知大学　 2013/09/20. 低圧ガスを用いた新検出器による 地下実験報告. １．概要（ NEWAGE ） ２．性能（検出器） ３．結果（地下測定） ４．まとめ. １． NEWAGE 概要. 1 ． 概要（ NEWAGE ） 2 ． 性能（検出器） 3 ． 結果（地下測定） 4 ． まとめ. ２ ．検出器の性能. 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

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低圧ガスを用いた新検出器による 地下実験報告

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  1. NEWAGE実験 27 日本物理学会秋季大会　高知大学　2013/09/20 低圧ガスを用いた新検出器による 地下実験報告 １．概要（NEWAGE） ２．性能（検出器） ３．結果（地下測定） ４．まとめ １．NEWAGE概要 1．概要（NEWAGE） 2．性能（検出器） 3．結果（地下測定） 4．まとめ ２．検出器の性能 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 ４．まとめ

  2. NEWAGE概要

  3. New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment NEWAGE 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 M=80GeV σ=0.1pb 電子 予想されるcosθ分布 1) μ-TPC 原子核 CF4ガス 40 2) μ-PIC [count/3m3/year/bin] 20 DM 0 θ 2)μ-TPC・・・ MicroTime Projection Chamber 1)μ-PIC ・・・ MicroPixel Chamber -1 0 1 Nucleus cosθ

  4. 　新検出器「NEWAGE-0.3b」 • 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+copperwire 41cm 30cm 31cm Drift Cage 41 cm PEEK 大型GEM 31x31 cm2 m-PIC 30x30cm2

  5. DAQ 全ての情報を取得するmode5を導入 discrith clock clock Digital Analog sum Flash ADC 3D track mode5 mode3 mode1 PC x strip y strip energy(charge)

  6. 検出器の性能

  7. 　性能1：低圧化による低閾値化 • 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

  8. 　性能2：飛跡の形状によるγ線除去 • 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

  9. 　性能2：飛跡の形状によるγ線除去 • 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 z(clock) z(clock) 137Cs(γ線) 252Cf(原子核反跳) TOT x(anodestrip) y(cathodestrip) • 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

  10. 　性能2：飛跡の形状によるγ線除去 • chi2カット（第三のカット） • chi2・・・直線fitの合い具合 137Cs(γ線) 252Cf(原子核反跳) トラック例 （原子核） 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

  11. 　性能2：飛跡の形状によるγ線除去 • 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 • 検出効率：30％@50keV（閾値） • ガンマ線 • 除去能力：4×10-6@50-100keV 原子核事象の検出効率 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

  12. 地下測定の結果

  13. 　地下測定 • RUN14の条件 • depth: 2700m.w.e • period: 2013/7/20～8/11 • live time: 17.1days • fiducialvolume：28x24x41=27500cm3 • mass : 10.36g • exposure : ～0.18 kg days 地下(LAB-Bの奥)のNEWAGE-0.3b Kamioka

  14. 　地下測定 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

  15. 　地下測定 • 方向感度を持つ検出器による制限 • 800pb@200GeV • RUN5の約10倍更新 PRELIMINARY p = 0.3 GeV/c2/cm3 v0 = 220 km/sec vE = 244 km/sec vesc = 650 km/sec Energy resolution = 50% Energy threshold = 50keV

  16. まとめ • 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：0.18kgdays（livetime：17days） • σSD(χ→p)の制限：800pb@200GeV • 今後 • 検出器の大型化

  17. まだだ、まだ終わらんよ

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