Development of solid xenon TPC for a polarized direct dark matter search

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20919
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Itow Yoshitaka 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 暗黒物質 / 液体キセノン / 固体キセノン / 低温検出器 / 核偏極実験 / アクシオン / 検出器開発 / 非加速器素粒子物理

Outline of Final Research Achievements

We looked into a new idea of direct dark matter searches and new physics searches such as axion with use of polarized solid xenon time projection chamber (TPC). To realize this idea, we developed a TPC having a quartz flange vessel with with a 62mm height and a 50mm inner diameter and designed electric fields.
We also had a brain-storm meetings with experts of cold neutron experiments for hyper-polarized Xe129 to discuss such ideas.

Free Research Field

宇宙線物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

偏極という新しい物理量を用いた方向感度を持つ暗黒物質直接探索の検討を行ったが、感度が不足している事を改めて確認した一方、偏極キセノン実験の専門家とのつながりを得て、アクシオン探索など新たな研究の目を得る事ができた。固体キセノンTPC開発としては、石英容器を用いたプロトタイプTPCの設計・試作と、テストベンチの整備ができた。実際のキセノン固化まで進めなかったが、これらの経験と準備は次世代の超低放射性バックグランドを実現する密閉型液体キセノンTPC開発への先鞭ともなった。