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Search for light dark matter using fluoride crystals

Research Project

Project/Area Number 19H01917
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

ISHIDOSHIRO Koji  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (20634504)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上野 一樹  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (20587464)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Keywords暗黒物質 / 超伝導センサー / 超伝導素子 / 超伝導検出器 / 暗黒物資 / 単電子
Outline of Research at the Start

世界中で暗黒物質の探索実験が精力的に進められている。本命は10-1000GeV程度の質量を持つWIMP暗黒物質である。しかし、非常な努力に関わらずWIMP暗黒物質の兆候は直接には見つかていない。加速器実験においてもWIMP暗黒物質を理論的に導くSUSYなどの発見には成功していない。
そこで、本研究はフッ化カルシウムをターゲットにスピン相互作用する軽い暗黒物質に焦点を当てる。超伝導素子KIDを使った熱量-蛍光の同時読み出しを合わせて、世界最高感度でスピン相互作用する軽い暗黒物質の探索を目指す。

Outline of Final Research Achievements

To search for light dark matter through spin-dependent interactions, we proposed to attach a superconducting sensor (kinetic inductance detector) directly to a calcium fluoride substrate. The prototype was fabricated in a clean room at RIKEN and demonstrated in a dilution refrigerator at Tohoku University. We experimentally validated the idea. In fact, we succeeded in detecting 5.9 KeV X-rays from a 55Fe source and confirmed that the performance is sufficient for dark matter search. In addition, we have developed a readout technique using RFSoC and a single electron generator for future low-energy calibration.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

暗黒物質の正体を解明することは、宇宙の進化を解き明かす鍵となる。しかし、非常な努力にも関わらずその正体は未だ未知の部分が多い。本研究は、そのような暗黒物質を探索するための新しい方法を提案し、その方法の実現性を実際に検証したものである。これにより、暗黒物質解明のための新しい道具を得たこととなる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2021 2020 2019

All Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] 低放射能希釈冷凍機と超伝導検出器2021

    • Author(s)
      石徹白晃治
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」2021年領域研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Progress of kinetic inductance detectors on CaF2 for astroparticle physics2021

    • Author(s)
      Zulfakri Mohamad
    • Organizer
      TIPP2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 暗黒物質探索を目指した超伝導検出器の開発2020

    • Author(s)
      石徹白晃治
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」第1回低温技術研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Kinetic inductance detectors on CaF2 for spin-dependent dark matter search2019

    • Author(s)
      K. Ishidoshiro
    • Organizer
      18th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Kinetic inductance detectors on fluoride crystal for spin-dependent dark matter search2019

    • Author(s)
      K. Ishidoshiro
    • Organizer
      16th International conference on Topics in Astroparticle and underground physics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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