Development of New Liquid Xenon Detectors with Thin Film Electrodes

• Project/Area Number: 24K00659
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 風間 慎吾 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (40736592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 雅俊 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 特任助教 (50824059) ; 身内 賢太朗 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (80362440)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2026: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2025: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2024: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 液体キセノン / 薄膜 / TPC / フォトリソグラフ

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、宇宙に存在する未知の物質、暗黒物質を発見しその正体を解明することにある。液体キセノンを約9トン用いた暗黒物質の直接探索実験XENONnTは、ウィーノなど重い暗黒物質に対して高い感度を持つが、ワイヤー電極に由来した問題(断線・放電)により放射性ラドン由来の背景事象が設計値より約10倍多く、その発見感度が約3倍悪化する深刻な状況にある。本研究では、石英基板上に金属薄膜を成膜し、これを電極として用いた新たな液体Xe検出器(薄膜電極液体Xe検出器)の開発を行い、暗黒物質の直接探索実験として究極的な感度とも言える太陽・大気ニュートリノのコヒーレント散乱の観測に手が届く感度を実現する。