液体キセノン検出器を用いた季節変動による宇宙暗黒物質の研究

• Project/Area Number: 13J02848
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 細川 佳志 神戸大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 季節変動 / 液体キセノン / 低エネルギーX線源 / 暗黒物質探索 / XMASS / 特性X線

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、XMASS検出器を用いて暗黒物質の季節変動現象に関する解析を行った。季節変動解析において低エネルギー領域での検出器応答はとても重要であり、より低いエネルギー領域でのエネルギースケールを行うことが求められている。平成27年度は、以下の活動を行った。
アルミニウムの特性X線 1.5 keVを利用した低エネルギーX線源を製作した。製作した線源から1.5 keVのX線が期待通り放射されることが確認されている。この線源は、較正作業による検出器への悪影響がないことを確認後、XMASS検出器のエネルギー較正に使用される。また、既存のFe-55線源での較正で確認できる約1.65 keVのエスケープピークを用いて、XMASS検出器のエネルギー較正を行った。XMASS検出器の5.9keV未満で行われた初めてのエネルギー較正である。このエネルギー較正結果を利用して、XMASS検出器を用いた暗黒物質季節変動現象の探索を行った。原子核反跳を仮定したWIMP 探索・電子散乱を仮定したmodel independentな暗黒物質探索を行ったが、どちらでも有意な季節変動は観測されなかった。WIMP 探索では、季節変動発見を主張しているDAMA/LIBRA領域の大部分を季節変動を用いて排除した。また、電子散乱探索でもDAMA/LIBRAが観測している季節変動は観測されなかった。
以上の結果を博士論文” Search for dark matter annual modulation in XMASS–I detector ”にまとめた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of a high-sensitivity 80 L radon detector for purified gases (2015)
  • Author(s): K.Hosokawa et. al.,
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 033H01 Issue: 3 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv018
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Design of low-energy calibration sources for liquid xenon dark matter detectors (2015)
  • Author(s): K. Hosokawa for the XMASS collaboration
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 61 Pages: 714-718
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2014.12.086
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of a high sensitivity radon detector for purified gases (2013)
  • Author(s): K. Hosokawa, A. Murata, Y. Nakano, Y. Onishi, H. Sekiya, Y. Takeuchi and S. Tasaka
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: 469 Pages: 12007-12007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/469/1/012007
• [Presentation] XMASS-I検出器による季節変動を用いた暗黒物質探索 (2016)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 東北大学 ニュートリノ科学研究センター セミナー
  • Place of Presentation: 東北大学 ニュートリノ科学研究センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-04
• [Presentation] XMASS検出器の電子散乱事象に 対するエネルギー応答の研究 (2015)
  • Author(s): 細川佳志 他XMASS collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-09-27
• [Presentation] Development of a high-sensitivity 80 L radon detector for purified gases (2015)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 新学術「地下素核研究」領域研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学百年記念館 六甲ホール（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-05-16
• [Presentation] XMASS実験：新型較正線源を用いた検出器エネルギー応答の評価 (2015)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] 希ガス中でのラドン測定 (2015)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 「極低放射能技術」研究会
  • Place of Presentation: 兵庫県立 淡路夢舞台国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-09
• [Presentation] XMASS実験：特性X線を用いた低エネルギー較正線源の開発 (2014)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Direct searches in Japan (2014)
  • Author(s): Keishi Hosokawa
  • Organizer: KUBEC International Workshop on Dark Matter Searches
  • Place of Presentation: 神戸大学ブリュッセルオフィス
  • Year and Date: 2014-08-28
• [Presentation] XMASS実験 : 特性X線を用いた低エネルギーX線源開発の現状 (2014)
  • Author(s): 細川佳志, 他XMASS collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] XMASS (2013)
  • Author(s): 細川佳志
  • Organizer: 平成25年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表会
  • Place of Presentation: 東京大学 柏キャンパス
  • Year and Date: 2013-12-20
• [Presentation] XMASS実験 : 特性X線を用いた 低エネルギーX線源の開発 (2013)
  • Author(s): 細川佳志, 他XMASS collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-09-20
• [Presentation] Design of low-energy calibration sources for liquid xenon dark matter detectors (2013)
  • Author(s): Keishi HOSOKAWA, et. al.
  • Organizer: TAUP2013
  • Place of Presentation: アメリカ モントレー
  • Year and Date: 2013-09-11
• [Presentation] Development of a high sensitivity radon detector for purified gases (2013)
  • Author(s): K. Hosokawa, A. Murata, Y. Nakano, Y. Onishi, H. Sekiya, Y. Takeuchi and S. Tasaka
  • Organizer: CYGNUS2013
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 2013-06-10