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Development of direction sensitive dark matter detectors using anisotropic inorganic crystal scintillators

Research Project

Project/Area Number 15K13478
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Sekiya Hiroyuki  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉川 彰  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50292264)
黒澤 俊介  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80613637)
Research Collaborator PEDERSEN Juan William  
ICHIMURA Kouichi  
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords暗黒物質 / シンチレータ / 素粒子実験 / 宇宙線 / 方向感度 / シンチレーター
Outline of Final Research Achievements

In order to verify the existence of the dark matter directly, it is indispensable to identify the incident direction of the dark matter due to the galaxy rotation. Up until today, most of such detectors are developed using gaseous TPCs, however mass of those detectors are limited because the target materials are gases. Therefore, to utilize higher density material target, a direction-sensitive ZnWO4 crystalline scintillator has been manufactured and calibrated not only with alpha particles but also by neutrons. The anisotropic response for neutrons has been successfully confirmed and it is confirmed that this crystal should work as a direction-sensitive dark matter detector.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在の宇宙の成り立ちの秘密を探るには、宇宙の物質の約80%を占める暗黒物質を検出しその性質を明らかにすることが不可欠である。暗黒物質がなければ宇宙、地球、太陽、生命が生まれていなかったことは明白であるが、暗黒物質そのものは全く正体不明であり、世界中で探索が行われているが未検出である。本研究では、暗黒物質検出のためのブレークスルーとなる方向に感度をもった検出器の原理検証を行った。地球が銀河の中を回転しながら白鳥座の方に進行している事実から、地球上では暗黒物質の風を感じるははずであり、この風を捉える新たな手法を提案した。

Report

(5 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2019 2018 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Nikolaev Institute(ロシア連邦)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Institute for Basic Science(韓国)

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  • [Int'l Joint Research] Nikolaev Institute(ロシア連邦)

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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Direction-Sensitive Dark Matter Search Using Tungstate Scintillator2019

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      VCI2019 - The 15th Vienna Conference on Instrumentation
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 暗黒物質方向感度検出器開発のための中性子散乱実験によるZnWO4シンチレータの異方性の測定2019

    • Author(s)
      ピーダーセン珠杏
    • Organizer
      第25回東京大学素粒子物理国際研究センター(ICEPP) シンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 暗黒物質方向感度検出器開発のための中性子散乱実験によるZnWO4シンチレータの異方性の測定2019

    • Author(s)
      ピーダーセン珠杏
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討VIII2019

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on Zinc Tungstate Crystals for Direction-Sensitive Dark Matter Search2018

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      The 17th Symposium on Radiation Measurements and Applications
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討VII2018

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Scintillation Properties of ZnWO4 Crystals for Direct-Sensitive Dark Matter Search2018

    • Author(s)
      Misa Tsukahara
    • Organizer
      Second International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses (ISRD2018)
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討VI2018

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 暗黒物質方向感度検出器の開発のためのZnWO4シンチレータの異方性の測定2018

    • Author(s)
      ピーダーセン珠杏
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討IV2017

    • Author(s)
      黒澤俊介, 関谷洋之, 堀合毅彦, 庄子育宏, 大橋雄二, 鎌田圭, 横田有為, 吉川彰
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Studies of a (Zn,Mg)WO4 Crystal--Searching for the Origin of the Directional Dependence of the Scintillation Response2017

    • Author(s)
      Hiroyuki Sekiya
    • Organizer
      Sixth International Workshop on Directional Detection of Dark Matter(CYGNUS2017))
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ZnWO4 結晶による方向感度暗黒物質探索2017

    • Author(s)
      関谷洋之
    • Organizer
      第12回CRC将来計画 タウンミーティング
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討V2017

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 暗黒物質探索を目指した ZnWO4結晶の光学的性質の研究2017

    • Author(s)
      塚原 美紗
    • Organizer
      Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies (SMART2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開 発の検討III2016

    • Author(s)
      黒澤俊介, 関谷洋之, 村上力輝斗, 堀合毅彦, 庄子育宏, 荒川元孝, 大橋雄二, 鎌田圭, 横田有為, 吉川彰
    • Organizer
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      宮崎大学 木花キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-21
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Crystal Growth of Zinc Tungstate Crystals for Dark Matter Search2016

    • Author(s)
      S. Kurosawa, H. Sekiya, R. Murakami, T. Horiai, Y. Shoji, Y. Ohashi, Y. Yokota, K. Kamada, A. Yoshikawa
    • Organizer
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • Place of Presentation
      Nagoya International Exhibition Hall, Japan
    • Year and Date
      2016-08-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Studies on ZnWO4 crystals for the direction-sensitive dark matter search2016

    • Author(s)
      Hiroyuki Sekiya
    • Organizer
      11th International Conference on Identification of Dark Matter (IDM2016)
    • Place of Presentation
      Cutlers' Hall, Sheffield, UK
    • Year and Date
      2016-07-18
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Status of making ZnWO4 Crystals2016

    • Author(s)
      Hiroyuki Sekiya
    • Organizer
      CYGNUS-TPC kick-off meeting
    • Place of Presentation
      Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy
    • Year and Date
      2016-04-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討II2016

    • Author(s)
      黒澤俊介
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-21
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 方向感度をもつ暗黒物質検出器の開発をめざした異方性を有するシンチレータ開発の検討2015

    • Author(s)
      関谷洋之
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-28
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] ZnWO42015

    • Author(s)
      Hiroyuki Sekiya
    • Organizer
      The fifth CYGNUS workshop on directional dark matter detection (CYGNUS2015)
    • Place of Presentation
      Occidental college, L.A. (USA)
    • Year and Date
      2015-06-02
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 結晶シンチレーターによる方向感度暗黒物質検出器の開発

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya_s/DirectionalDM/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
  • [Remarks] 結晶シンチレーターによる方向感度暗黒物質検出器の開発

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya/DirectionalDM/

    • Related Report
      2015 Research-status Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2022-02-22  

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