フッ化物結晶を用いた軽い暗黒物質の探索

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01917
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 石徹白 晃治 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
• Keywords: 暗黒物資 / 超伝導センサー

Outline of Annual Research Achievements

検出器の高度化として、通常のフッ化カルシウム基板の両側からKinetic Inductance Detector(KID)を貼り付ける方法を提案し、その実証試験を行った。まずは、フッ化カルシウム基板でなく通常のシリコン基板で埼玉大学の協力のもとに試作器を製作した。両側ともKIDが正しく共振器として動くことを確認し、その共振周波数が　COMSOLでの設計と良く一致していることがわかった。一方で、両側のKIDでクロストークが発生していることも明らかになった。
検出器の高度化として超伝導素子の改造だけでなく、環境要因の改善にも取り組んだ。低放射能環境の実現、グランドの強化、磁気シールドの導入などである。これらにより、フッ化カルシウム基板のテストで低雑音化に成功したことを確認した。
一方で、キャリブレーション装置として光電効果を用いた単電子発生装置の開発を進めており、UV光源と標的の選定や光導入時の光量劣化について調査を進めてきた。準備として、ファイバーによる劣化等を調査してきたが、さらに真空系への導入 も含めて真空フィードスルーの選定およびそこでの光量劣化について調査を進め た。さらに標的として、仕事関数の小さい銅とホウ化ランタンに絞り、準備を進 めてきた。標的にデザインを進め、プロトタイプの製作に至った。単電子の測定のためのMCPシステムの準備も並行して進め、真空系の構築をはじめた。
新しい取り組みとして、RFSoCを用いたKID読み出しの準備を始めることにした。RFSoCは高速ADC, DAC, FPGAが１チップとなったものであり、今まで不可能だったようなKID多重読み出しの実現が期待できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

光検出部分は遅れているが、両側読み出しやRFSoCを使った読み出しなど当初予定以上の進展もあり、合わせておおむね順調であると言える。

Strategy for Future Research Activity

これまで通り、研究計画にそって研究を進める。ただし、コロナにより研究中断に注意を払い、バックアッププランを用意して計画を作る。