2021 Fiscal Year Research-status Report
Environmental effect in direct detection of cosmic-ray accerated light dark matter
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21K03562
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
長尾 桂子 岡山理科大学, 理学部, 講師 (90707986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中 竜大 東邦大学, 理学部, 講師 (00608888)
東野 聡 神戸大学, 理学研究科, 学術研究員 (00895469)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 直接検出実験 / 標準模型を超える物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、宇宙線による散乱で加速される軽い暗黒物質の直接検出実験における検出結果が、暗黒物質の分布モデルや質量にどのように依存するかをシミュレーションによって調べた。銀河系における暗黒物質の分布の不定性や、有力な分布モデルについての情報収集のため、専門家に講演を依頼し、３回にわたる「暗黒物質分布セミナーシリーズ」を研究分担者らとともに開催した。そこで得られた情報をもとに本研究で採用する暗黒物質分布のモデルの候補をNFW profile、Einasto profile、Pseudo-isothermal profileの3つに絞った。これらの分布モデルを仮定して、方向感度がある直接検出実験を想定したシミュレーションを行い、分布による依存性を比較した。その結果、NFW profileとEinasto profileは到来する暗黒物質、反跳原子核の角度分布ともにほぼ変わらず銀河中心方向からの到来量が多いこと、また、それらと銀河中心部での分布傾向が異なるPseudo-isothermal profileではそれらに比べて銀河中心方向での到来量は密度が低い傾向にあることがわかった。また、到来する暗黒物質、反跳原子核の角度分布の、暗黒物質の質量依存性も明らかにし、特徴的な角度分布が見られるエネルギー範囲や将来的な検出の見込みについても議論した。
並行して、素粒子模型に含まれる暗黒物質やニュートリノについての研究も行った。ゲージ化されたU(1)R模型やU(1)B-L模型において、暗黒物質あるいはニュートリノの実験的制限からの模型への示唆を明らかにした。特に、U(1)B-L模型は、宇宙線による加速が想定される軽い質量の暗黒物質をもつ模型であり、宇宙線による散乱と加速がある場合の制限についても議論した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
暗黒物質の直接検出実験における角度分布の、密度分布モデルや質量依存性については、シミュレーション結果が出揃い、現在は論文準備中である。また、暗黒物質を含む素粒子論模型についても、論文１本を出版し、宇宙線による加速を受ける軽い暗黒物質を含む模型について、更に１本の出版が決定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在行っている研究では、暗黒物質と原子核が弾性散乱すると仮定して直接検出実験のシミュレーションを行っているが、実際は暗黒物質のエネルギーが高く、弾性散乱にならない場合もあると考えられる。今回の研究では弾性散乱で計算できる場合のみを扱ったが、今後はそれ以外の場合もシミュレーションを行い、検証できる条件について明らかにしたい。
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| Causes of Carryover |
2021年度は情報収集のため、国際研究会を開催する予定だったが、新型コロナウイルス感染症の流行のため開催することができなかった。やむをえず、オンラインのセミナーシリーズを開催して情報収集を行ったため、使用計画を変更して研究を遂行した。2022年度に研究会を開き、当初予定していた情報収集を行いたい。
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Research Products
(14 results)
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[Presentation] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWSdm(1)～全体報告～2022
Author(s)
中竜大, 小林龍太, 白石卓也, 大島仁, 佐伯加奈, 赤松咲耶, 森崎紘明, 浅田貴志, 梅本篤宏, 佐藤修, 中野敏行, 久下謙一, 星野靖 他 NEWSdmコラボレーション
Organizer
日本物理学会2022年次大会
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[Presentation] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWSdm〜全体報告〜2021
Author(s)
中竜大, 白石卓也, 小林龍太, 梅本篤宏, 大島仁, 佐伯加奈, 赤松咲耶, 森崎紘明, 佐藤修, 中野敏行, 久下謙一, 浅田貴志, 他 NEWSdmコラボレーション
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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