2021 Fiscal Year Annual Research Report
量子ナノセンサーと超解像技術を融合した暗黒物質の方向探索実験
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21J00565
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
梅本 篤宏 筑波大学, 数理物質系, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / ダイヤモンド / 飛跡検出器 / NV center / 光学顕微鏡 / 超解像 / シンチレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天の川銀河に束縛された暗黒物質は地球上での検出が期待されており、暗黒物質の質量およびバリオン物質との反応断面積は、弾性散乱によって反跳された原子核を捉えることで測定される。暗黒物質の方向探索は、原子核の反跳方向にみられる太陽系の固有運動による偏りを捉えるものであり、暗黒物質による信号であることの有意性を向上させることができ、さらには銀河内での速度分布モデルや原子核との反応や散乱といった粒子的な性質の解明にもつながる重要な実験である。
本研究は、ダイヤモンド検出器による暗黒物質の方向検出を目標としたものであり、ダイヤモンド中の炭素を置換した窒素と空孔から成るNitrogen Vacancy (NV) center を用いた超解像な飛跡検出手法と、反応点特定と粒子識別を可能とするダイヤモンドシンチレータの開発を推進するものである。
2021年度は、NV centerを解析するための共焦点顕微鏡の設計と構築を行い、ピエゾステージにより観察視野と深さ方向の移動をサブミクロン精度で実現し、3次元画像の取得を可能とした。また、市販のダイヤモンドの発光特性をX線、α線、γ線を用いて評価し、発光量と発光中心の理解を深め、発光量や粒子識別能を向上させるための開発方針を定めた。
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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
ダイヤモンドシンチレータの開発について、市販のダイヤモンドを用いて、その不純物量と発光波長、発光量との関係性を理解し、その結果をベンチマークとした評価体制を構築できた。NV center を用いた飛跡検出のための解析装置の開発について、ある程度の評価を終えて実際の飛跡観察を行うことができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は高崎量子応用研究所での重イオン照射を2回行い、NV centerを用いた粒子飛跡検出能力について、実現可能な空間分解能の推定や入射粒子のエネルギー損失量との関係性について評価を進める。
また、ドープ量やドーパントを変えたダイヤモンドについて発光測定を行う。
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Research Products
(1 results)
