Exploring the nature of dark matter with the large liquid xenon detector

• Project Area: Investigation on the Origin and Evolution of Matter in the Universe by Extremely Rare Events: Frontire of Creating a New Insight on the Matte in the Universe
• Project/Area Number: 24H02240
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Institute of Science Tokyo (2026); Nagoya University (2024-2025)
• Principal Investigator: 風間 慎吾 東京科学大学, 理学院, 准教授 (40736592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 雅樹 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10504574) ; MARTENS Kai 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (20535025) ; 安部 航 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (30401285) ; 森山 茂栄 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50313044) ; 小林 雅俊 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任助教 (50824059) ; 中村 正吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50212098)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2026)
• Budget Amount: ¥121,680,000 (Direct Cost: ¥93,600,000、Indirect Cost: ¥28,080,000); Fiscal Year 2026: ¥22,230,000 (Direct Cost: ¥17,100,000、Indirect Cost: ¥5,130,000); Fiscal Year 2025: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2024: ¥27,300,000 (Direct Cost: ¥21,000,000、Indirect Cost: ¥6,300,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 液体キセノン / 極低放射能 / ニュートリノ

Outline of Research at the Start

本研究では暗黒物質の直接探索を行い、その正体を解明する。特に、世界最大9トンの液体キセノンから成るXENONnT検出器を用いて、暗黒物質がキセノン原子核を反跳する現象を観測する。この実現には背景事象となる中性子バックグラウンドの削減が不可欠であり、本研究では中性子検出器の高感度化を行い極低放射能環境を実現する。これにより、約4年間の観測を行うことで、暗黒物質と核子の散乱断面積に対して世界最高感度の2×10^-48cm^2を達成する。加えて、太陽・超新星ニュートリノの観測を行い、低エネルギー領域において新たなニュートリノ天文学の開拓を行うとともに、新たな極低放射能検出器の開発を行う。