2021 Fiscal Year Annual Research Report
大型液体キセノン検出器XENONnTを用いた暗黒物質の直接探索
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21J01817
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小林 雅俊 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 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 / キセノン / 低放射能技術 / トリチウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の天文観測から、我々の宇宙には通常の物質の５倍以上に上る未知の質量、暗黒物質が存在することが明らかとなっている。本研究ではこの暗黒物質の正体を明らかにするため、イタリア・グランサッソ国立研究所(LNGS)で行われるXENONnT実験に参加し、8.6トンの大型液体キセノン検出器を用いて暗黒物質とキセノン原子との稀衝突の初観測を目指す。
報告者は本年度LNGSに滞在して実験の運転責任者を務め、実験の物理データ取得開始に向けた試運転を主導した。特に報告者が前年度までに建設に取り組んできた液体キセノン純化装置や、キセノンを蒸留して放射性不純物のラドンを取り除くための装置に関して、圧力や温度、流量などの面で安定的な運転を達成した。検出器全体の安定化に成功したのちには、クリプトンの同位体などの放射線源による、検出器応答を理解するためのキャリブレーションデータの取得をおこなった。特にデータ解析の責任者との綿密な相談により、データ解析と現地におけるオペレーションの状況を鑑みた実験計画の立案とその遂行を主導した。
安定的な物理データ取得の開始後、日本に帰国し、名古屋大学において主としてXENONnT実験のデータ解析に取り組んだほか、将来実験に向け、名古屋大学における小型キセノン検出器を用いた実証実験にも従事した。またそのほかの取り組みとして、将来実験に向けた環境バックグラウンドの理解のため、LNGSにおける大気中トリチウム存在量の測定にも取り組んだ。
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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
報告者は現地の実験サイトに長期滞在し、XENONnT実験の開始に向けたオペレーションを主導した。COVIDの影響もありXENONnT実験の開始は若干の遅れを見たが、最終的には、安定的にデータの取得を開始することに成功している。現在は本データを用いた一刻も早い物理成果の公表に向け、データ解析に取り組んでいる。また環境トリチウムの測定などの将来実験に向けた実証実験に関しても、LNGSにおける大気中トリチウム濃度の測定など進捗を重ねている。
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| Strategy for Future Research Activity |
XENONnT実験の一刻も早い初期物理成果の報告へ向け、データ解析に取り組む。特に、前身実験のXENON1Tで報告された低エネルギー電子反跳事象の超過現象に対するXENONnTデータを持ちいた検証が最も重要な目標となる。本超過事象は新物理の可能性がある一方、XENON1Tでは検出器中に水や水素分子の形でごくわずかトリチウムが含まれていたことによる可能性もある。報告者が取り組むキセノン純化装置はトリチウム除去の面で重要な役割を果たしており、循環路の変更などによりトリチウムの濃度を人為的に変更したデータに対する解析などにも取り組む。
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[Journal Article] 222Rn emanation measurements for the XENON1T experiment2021
Author(s)
E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini, M. Alfonsi, L. Althueser, F. D. Amaro, V. C. Antochi, E. Angelino, J. R. Angevaare, F. Arneodo, D. Barge, L. Baudis, B. Bauermeister, L. Bellagamba, M. L. Benabderrahmane, T. Berger, P. A. Breur, A. Brown, E. Brown, S. Bruenner, M. Kobayashi, et al. (XENON Collaboration)
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Journal Title
The European Physical Journal C
Volume: 81
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Search for inelastic scattering of WIMP dark matter in XENON1T2021
Author(s)
E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini, M. Alfonsi, L. Althueser, F. D. Amaro, S. Andaloro, E. Angelino, J. R. Angevaare, V. C. Antochi, F. Arneodo, L. Baudis, B. Bauermeister, L. Bellagamba, M. L. Benabderrahmane, A. Brown, E. Brown, S. Bruenner, G. Bruno, R. Budnik, M. Kobayashi, et al. (XENON Collaboration)
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Journal Title
Physical Review D
Volume: 103
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Search for Coherent Elastic Scattering of Solar 8B Neutrinos in the XENON1T Dark Matter Experiment2021
Author(s)
E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini, S. Ahmed Maouloud, M. Alfonsi, L. Althueser, F. D. Amaro, S. Andaloro, V. C. Antochi, E. Angelino, J. R. Angevaare, F. Arneodo, L. Baudis, B. Bauermeister, L. Bellagamba, M. L. Benabderrahmane, A. Brown, E. Brown, S. Bruenner, M. Kobayashi, et al. (XENON Collaboration)
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 126
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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