Search for light dark matter using fluoride crystals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01917
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tohoku 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
• Keywords: 暗黒物質 / 超伝導センサー

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.

Free Research Field

素粒子物理、宇宙物理

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。