Development of ultra-low background technology for future direct dark matter detection experiments

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01931
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: Kazama Shingo 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (40736592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 雅樹 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任准教授 (10504574) ; 伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 暗黒物質 / 極低放射能技術 / キセノン / 光センサー / ラドン / 半導体光検出器

Outline of Final Research Achievements

For the discovery of dark matter with TeV-scale mass and very small interaction cross-section of 1e-48cm2, it is essential to realize an extremely low radioactivity environment that eliminates all background events such as neutrons and radioactive radon. In this study, we developed a new photodetector utilizing both a photomultiplier tube (PMT) and a silicon semiconductor photodetector (MPPC) to reduce neutron BG. We also developed a sealed liquid xenon detector using high-purity quartz glass, and investigated the possibility of eliminating radioactive radon.

Free Research Field

素粒子実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、既存の光電子増倍菅(PMT)やシリコン半導体光検出器に取って代わる新たな光センサーの提案とその開発を行なった。この光センサーはPMTと比べて必要となる部品が少ないため、原理的に低放射能化が可能であり、かつ、価格コストも抑えることができ産業面において魅力的な光センサーとなることが予想される。本研究では、その実現に向けて不可欠となる発光部材の選定を行なった。