低圧ガスを用いた余剰次元を伝搬する太陽アクシオンの探索

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K13932
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 細川 佳志 東京大学, 宇宙線研究所, 特任助教 (80785105)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アクシオン / 余剰次元 / ガス検出器

Outline of Annual Research Achievements

余剰次元を伝播するアクシオン「Kaluza-Klein(KK)アクシオン」は素粒子物理学の謎を複数解決可能な未発見の素粒子である。太陽内部で生成され重力的に太陽系内に捉えられた「太陽KKアクシオン」は，その崩壊によって放出される二光子（5keV+5keV）を捉えることで地球でも観測の可能性がある。本研究の目的は，ガス検出器を用いたKKアクシオン探索手法の確立と観測開始である。
2021年度にはマイクロパターンガス検出器の一種であるマイクロピクセルチェンバーを用いて原理検証実験を行った。この実験では，Fe-55線源とアルゴン エタン（9:1）混合ガスと10x10x1cm3の検出器を用いた。Fe-55の放射する5.9keVによって，3keVのアルゴン特性X線が発生する。また，残りの3keVも同時に検出が可能である。これら（3keV+3keV）を同時検出することで，本研究がKKアクシオン崩壊信号（5keV+5keV）を十分観測可能であることを確認した。また，原理検証実験に用いた検出器の10倍の容量を持つ検出器（10x10x10cm3）を製作した。2022年度には，10x10x10cm3検出器を地下実験室に移動させ，動作を確認した。連続運転を目指し，ゲインなどの調整を行なっている。