• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2023 Fiscal Year Annual Research Report

Migdal effect observation with position-sensitive gaseous detectors

Research Project

Project/Area Number 21H04471
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

身内 賢太朗  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (80362440)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 風間 慎吾  名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (40736592)
伊部 昌宏  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (50599008)
中村 輝石  東北大学, 理学研究科, 助教 (80750463)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywords暗黒物質 / ミグダル効果 / マイクロTPC
Outline of Annual Research Achievements

暗黒物質の直接探索実験は、2相式液体キセノンを用いた大質量検出器が数10GeV以上の質量で制限を更新してきた。さらに2019年には、「ミダル効果」を用いることで、1GeV程度の低質量暗黒物質まで探索感度を伸ばした。ここで、ミグダル効果は理論的に計算されているが、実験的には未観測の現象である。つまり、今後キセノン検出器で低質量暗黒物質の探索、場合によっては発見の主張を行うためには、ミグダル効果の実証が必要不可欠となる。我々は独自の技術に基づく位置有感ガス検出器「マイクロTPC」を用いることで、ミグダル効果に特徴的な空間的情報を検出可能であることを考案 、中性子照射実験によってミグダル効果の観測について具体的なバックグラウンドを考慮した計算を行った。本提案では、この計算に基づいて、ミグダル効果の初観測を目指す。
ミグダル効果を観測するために、30cm角の位置有感ガス検出器「マイクロTPC」が必要である。2023年度には、30cm角実機の製作準備として30cm角のuPICを製作した。製作した30cm角のマイクロTPCを使って産業技術総合研究所の中性子ビームを用いた試験を行い、ビーム環境下での検出器動作、原子核反跳の検出能力を評価した。これにより、ミグダル事象で観測対象となる、2クラスター事象や、原子核飛跡+電子飛跡と同じ形状の事象が観測され、検出器の原理実証を行えた。同時に、分担者の中村を中心として、シンチレータによるビーム環境下の物質起源のバックグラウンド(BG)測定を行った。これら結果を活かして、2024年度にマイクロTPCの改良を行い、ミグダル効果観測に向けた中性子ビーム試験を行う。
XENON実験では、分担者の風間を中心として、XENONnT実験での暗黒物質探索をすすめた。分担者の伊部はミグダル効果を含んだ各種暗黒物質理論を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題は、30cm角位置有感型ガス検出器「マイクロTPC」を用いたミグダル効果の観測を目的としている。
2023年度には、30cm角実機の製作準備として30cm角のuPICを製作した。製作した30cm角のマイクロTPCを使って産業技術総合研究所の中性子ビームを用いた試験を行い、ビーム環境下での検出器動作、原子核反跳の検出能力を評価した。同時に、分担者の中村を中心として、シンチレータによるビーム環境下の物質起源のバックグラウンド(BG)測定を行った。これら結果を活かして、2024年度にマイクロTPCの改良を行い、ミグダル効果観測に向けた中性子ビーム試験を行う。XENON実験では、分担者の風間を中心として、XENONnT実験での暗黒物質探索をすすめている。分担者の伊部はミグダル効果を含んだ各種暗黒物質理論を進めた。
上記の通り、研究は順調に推移している。

Strategy for Future Research Activity

研究は順調に推移しており、分担者との連絡を密にとりながら、予定通り研究を推進する。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] コロンビア大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      コロンビア大学
  • [Int'l Joint Research] グランサッソ国立研究所/INFNボローニャ(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      グランサッソ国立研究所/INFNボローニャ
  • [Int'l Joint Research] マインツ大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      マインツ大学
  • [Journal Article] Challenges for the Directional Dark Matter Direct Detection2024

    • Author(s)
      Miuchi Kentaro
    • Journal Title

      Journal of Advanced Instrumentation in Science

      Volume: 2024 Pages: 473

    • DOI

      10.31526/jais.2024.473

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] First Dark Matter Search with Nuclear Recoils from the XENONnT Experiment2023

    • Author(s)
      E.Aprile, … K.Kazama, … K,Miuchi 他 (XENON Collaboration)
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.041003

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 暗黒物質直接探索の現状と将2024

    • Author(s)
      身内賢太朗
    • Organizer
      2024年日本物理学会春季大会
    • Invited
  • [Presentation] ガスアルゴンTPCによる原子核反跳に伴ったミグダル効果観測実験2024

    • Author(s)
      身内賢太朗
    • Organizer
      2024年日本物理学会春季大会
  • [Presentation] 高圧キセノンガス検出器によるミグダル効果観測実験の解析状況2024

    • Author(s)
      中村輝石
    • Organizer
      2024年日本物理学会春季大会
  • [Presentation] NEWAGE / CYGNUS-KM2023

    • Author(s)
      Kentaro Miuchi
    • Organizer
      CYGNUS 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 暗黒物質直接探索の現状2023

    • Author(s)
      身内賢太朗
    • Organizer
      Aso Workshop on Particle Physics and Cosmology 2023
    • Invited
  • [Presentation] 暗黒物質直接探索の現状2023

    • Author(s)
      身内賢太朗
    • Organizer
      素粒子物理学の進展2023(PPP2023)
    • Invited
  • [Presentation] ミグダル効果観測のためのGeant4に組み込むジオメトリ構成に向けた中性子ビーム試験結果2023

    • Author(s)
      内山偉貴
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi