高圧キセノンガス検出器によるミグダル効果検証のための研究

Publicly Offered Research

Project Area	Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics
Project/Area Number	20H05252
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Tohoku University (2021) The University of Tokyo (2020)
Principal Investigator	中村輝石東北大学, 理学研究科, 助教 (80750463)
Project Period (FY)	2020-11-19 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000) Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords	キセノン / ミグダル効果 / 暗黒物質 / 中性子ビーム
Outline of Research at the Start	暗黒物質探索の感度を飛躍的に向上させる解析手段として、ミグダル効果による信号を用いる解析が近年なされている。ミグダル効果とは、原子核が急に動くとき、追加の励起や電離が発生するというものであり、観測可能なエネルギーが高くなるため、暗黒物質探索の感度を上げることができる。しかし、原子核反跳に伴うミグダル効果自体の観測事例はなく、ミグダル効果を用いた暗黒物質探索には、ミグダル効果の裏付けが必要である。そこで、本研究の最終目的は中性子ビームを用いてキセノンの原子核反跳事象から実験的にミグダル効果を検証することである。
Outline of Annual Research Achievements	当該年度は、ビーム試験会場に持ち運ぶことのできる、可搬型の高圧キセノンガス検出器開発を行い、ビーム試験を実施した。昨年度までに購入を進めてきたMPPC、PMT、専用回路、その他構成パーツを全て揃え、くみ上げた。完成後はガスシステムの備わっている京都大学にて動作確認を実施し、検出器として動作することを確認した。当該年度中に、中性子標準場を提供する産総研の中性子ビーム照射施設に搬入し、実際に中性子ビームを照射し、土台の強度や容器から発生するガンマ線を確認することができた。キセノンガスを封入しての中性子ビーム試験は、コロナの影響で次年度に持ち越しとなった。これについては、4月上旬に無事ビーム試験を実施することができ、原子核反跳を含めた非常に貴重なデータを取得することができた。現在は解析を進めているところである。また、現場で発見できた改善点としては、カソード8kVを過ぎたあたりで放電が始まった点や、PMTの波形読み出しの信号のdelayが想定よりも長かったことなど、細かな改善ポイントが存在することが分かった。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。