2023 Fiscal Year Final Research Report

Direct Search for Dark Matter with High-Sensitivity Large-Scale Detectors

Planned Research

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Project Area	Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics
Project/Area Number	19H05805
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	The University of Tokyo
Principal Investigator	Shigetaka Moriyama 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50313044)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	MARTENS Kai 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (20535025) 安部航東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (30401285) 風間慎吾名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (40736592) 中村正吾横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50212098) 山下雅樹名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任准教授 (10504574)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	ダークマター / 暗黒物質 / 中性子検出器 / ガドリニウム / 低バックグラウンド / キセノン / アクシオン / ニュートリノ
Outline of Final Research Achievements	The construction and operation of the world's most sensitive dark matter search detector, XENONnT, was achieved. This led to a successful dark-matter search, surpassing the sensitivity of its predecessor experiment XENON1T, from its initial data. Through this research program, a neutron detector based on the technology of the Super-Kamiokande group has been installed, taking advantage of the collaboration in the area, to significantly suppress background events caused by neutrons, and it has been shown that the performance is as planned. Future maintenance of the liquid xenon detector part will enable the performance to reach the initial target sensitivity of 2×10-48 cm2 for the scattering cross-section of dark matter and nucleons. This research program was completed as planned, including the publication of the final results of the XMASS experiment.
Free Research Field	宇宙素粒子物理学（実験）
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	暗黒物質(DM)の存在は、宇宙の進化や天体の観測により疑いがない事実と捉えられている。しかしその性質は現在も未知のままである。欧州宇宙機関のPlanck 衛星における宇宙背景放射の観測結果によると、宇宙全体の物質のうち DMが80%以上を占める事が高い精度でわかっている。現在世界中の研究者が様々なアプローチでその正体解明に取り組んでいる。本研究により DM が未知の素粒子で成り立っている事実が発見されれば、本領域が挑戦する根源的な「謎」である、「星・銀河はどのようにつくられたのか?」なる問いに答える端緒を与える。