写真乳剤によるWIMP探索

• Project/Area Number: 04J72603
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics 1
• Research Institution: Nagoya University
• Research Fellow: 成田 浩司 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 暗黒物質 / WIMPs / 写真乳剤 / 電子顕微鏡 / 重イオンビーム

Research Abstract

写真乳剤により、宇宙暗黒物質の有力候補であるWIMPを検出するための技術開発を行った。WIMPにより跳ね飛ばされる原子核(飛程〜100nm)を検出・方向の測定ができれば、WIMPの到来方向を測定することができ、従来のWIMP探索実験より高い信頼性でWIMPの存在を検証することができる。
写真乳剤に要求される能力は、飛程100nm程度の飛跡を検出し方向を観測できる高い空間分解能と、通常の写真乳剤には必ず存在するfogと呼ばれるランダムな信号が極めて少ないこと、である。
富士写真フイルム株式会社と共同で、写真乳剤の感光素子である臭化銀結晶の微小化を追求し、結晶サイズ〜40nmの乳剤(NIT : Nano Imaging Trackerと命名)を開発した。このNITにエネルギー200KeVのクリプトン原子核を照射し、飛跡の観察を行った。エネルギー200KeVのクリプトン(飛程〜200nm)はWIMPにより跳ね飛ばされた銀原子核と想定できる。電子顕微鏡での観察の結果、銀粒子の連なり(2個〜3個からなる)を観測した。その密度と長さから、照射した200KeVクリプトンの飛跡であることが確認された。飛跡の角度測定の結果、標準偏差0.1radの分布となった。この結果から、200KeV以上のエネルギーを落とすWIMPに対して、60%以上の検出効率で角度精度0.1radの観測をする能力があることが明らかになった。
一方、光学顕微鏡により、銀粒子により散乱される光量(波長〜500nm)を測定したところ、銀粒子が連なったものは銀粒子1個よりも散乱光量が大きく、またfogの散乱光量を調べたところ、大半のfogは銀粒子1個と同程度であることがわかった。これにより、光学顕微鏡による大面積スキャンニングによるfog除去・WIMP信号候補選出、その後電子顕微鏡での角度測定、というWIMP探索実験を想定するに至った。