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高性能液体アルゴン検出器を用いた低質量暗黒物質探索

研究課題

研究課題/領域番号 18H01234
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
研究機関早稲田大学

研究代表者

田中 雅士  早稲田大学, 理工学術院, 准教授(任期付) (30545497)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワード暗黒物質 / 液体アルゴン検出器 / 地下実験 / 極低バックグラウンド技術 / 液体アルゴン / MPPC / SiPM / 素粒子実験
研究成果の概要

宇宙には「暗黒物質」と呼ばれる物質が通常の物質(銀河等)の「約5倍」存在することが天文学的な観測から示唆されているが、その正体は全くの謎である。この暗黒物質を直接検出することは現在の素粒子・宇宙物理学の最大の課題のひとつである。通常物質とほとんど反応しない暗黒物質を捉えるには最先端技術を用いた高感度検出器の開発が必要となる。本研究では液体アルゴン検出器の基礎特性を理解し、性能を向上させるための開発を進めたうえで、暗黒物質の探索実験を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

暗黒物質の直接検出は素粒子物理学における重要課題のひとつであるが、予想される信号は非常に微弱なため、高性能の検出器開発がカギとなる。優れた粒子識別能力を持つ液体アルゴン検出器は、近年素粒子宇宙物理学実験分野において開発が著しく進んでいる。本研究では暗黒物質直接探索のためにこの液体アルゴン検出器の性能をさらに向上させるための開発を行った。

報告書

(4件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 1件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 15件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 8件、 招待講演 16件)

  • [雑誌論文] Measurement of emission spectrum for gaseous argon electroluminescence in visible light region from 300 to 600 nm2022

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Kazutaka、Kimura Masato、Morohoshi Hiroyuki、Takeda Tomomasa、Tanaka Masashi、Yorita Kohei
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 1025 ページ: 166107-166107

    • DOI

      10.1016/j.nima.2021.166107

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a liquid argon detector with high light collection efficiency using tetraphenyl butadiene and a silicon photomultiplier array2022

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Kazutaka、Tanaka Masashi、Kimura Masato、Yorita Kohei
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 4 号: 4

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac064

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of Liquid Argon Response and Direct Dark Matter Search at Surface with A Liquid Argon Scintillation Detector2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Kimura
    • 雑誌名

      早稲田大学 博士論文

      巻: 1 ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Liquid argon scintillation response to electronic recoils between 2.8?1275?keV in a high light yield single-phase detector2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura M.、Aoyama K.、Tanaka M.、Yorita K.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 9 ページ: 092008-092008

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.092008

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Status and prospect of the ANKOK project: Low mass WIMP dark matter search using double phase argon detector2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura Masato、Tanaka Masashi、Yorita Kohei
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1342 号: 1 ページ: 012069-012069

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1342/1/012069

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of the scintillation efficiency for low energy nuclear- and electronic-recoils in liquid argon detector for WIMP search2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura Masato
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1468 号: 1 ページ: 012055-012055

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1468/1/012055

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of liquid argon scintillation and ionization response on nuclear recoils under electric fields up to 3 kV/cm2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura M.、Tanaka M.、Washimi T.、Yorita K.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 15 号: 03 ページ: C03042-C03042

    • DOI

      10.1088/1748-0221/15/03/c03042

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of luminescence mechanism by neutral bremsstrahlung in gaseous argon2020

    • 著者名/発表者名
      T. Takeda, M. Tanaka and K. Yorita
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 15 号: 03 ページ: C03007-C03007

    • DOI

      10.1088/1748-0221/15/03/c03007

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of luminescence mechanism by neutral bremsstrahlung in gaseous argon2020

    • 著者名/発表者名
      Takeda T、Tanaka M、Yorita K
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1468 号: 1 ページ: 012053-012053

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1468/1/012053

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Increasing light collection efficiency of liquid argon detector for low mass WIMP search2020

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Kazutaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1468 号: 1 ページ: 012034-012034

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1468/1/012034

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Studies on liquid argon S1 and S2 properties for low mass WIMP search experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Masashi Tanaka, Kazutaka Aoyama, Masato Kimura, Tomomasa Takeda and Kohei Yorita
    • 雑誌名

      J. Phys.: Conf. Ser.

      巻: 1468 号: 1 ページ: 012052-012052

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1468/1/012052

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of the scintillation efficiency for nuclear recoils in liquid argon under electric fields up to 3??kV/cm2019

    • 著者名/発表者名
      Kimura M.、Tanaka M.、Washimi T.、Yorita K.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 号: 3 ページ: 032002-032002

    • DOI

      10.1103/physrevd.100.032002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of the low-energy ER/NR discrimination and its electric-field dependence with liquid argon2018

    • 著者名/発表者名
      T. Washimi, T. Kikuchi, M. Kimura, M. Tanaka and K. Yorita
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 13 号: 02 ページ: C02026-C02026

    • DOI

      10.1088/1748-0221/13/02/c02026

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scintillation and ionization ratio of liquid argon for electronic and nuclear recoils at drift-fields up to 3?kV/cm2018

    • 著者名/発表者名
      Washimi T.、Kimura M.、Tanaka M.、Yorita K.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 910 ページ: 22-25

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.09.019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] easurement of ambient neutrons in an underground laboratory at the Kamioka Observatory2018

    • 著者名/発表者名
      Keita Mizukoshi, Ryosuke Taishaku, Keishi Hosokawa, Kazuyoshi Kobayashi, Kentaro Miuchi, Tatsuhiro Naka, Atsushi Takeda, Masashi Tanaka, Yoshiki Wada, Kohei Yorita, Sei Yoshida
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 12 号: 12 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1093/ptep/pty133

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 液体アルゴン実験等に使用されるPMT(R11065)の特性2021

    • 著者名/発表者名
      櫻井真由
    • 学会等名
      日本物理学会大76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 宇宙線と鉛の反応による中性子生成2021

    • 著者名/発表者名
      小津龍吉
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 純度コントロールされたガスアルゴンを用いた中性制動放射成分の測定2021

    • 著者名/発表者名
      諸星博之
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液体シンチレータを用いた神岡地下環境における中性子フラックス測定2021

    • 著者名/発表者名
      岩澤広大
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神岡地下における液体シンチレータを用いた環境中性子測定2021

    • 著者名/発表者名
      岩澤広大
    • 学会等名
      第2回新学術「地下宇宙」若手研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液体アルゴンによるNon-WIMP暗黒物質探索に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      ダークマターの懇談会2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 低質量暗黒物質直接探索のための低エネルギー電子反跳背景事象の理解2020

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      新学術「地下宇宙」領域研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] (企画)液体Ar光検出器の高感度化: TPB 蒸着技術の最適化と TSV-MPPC Array の実装2020

    • 著者名/発表者名
      青山一天
    • 学会等名
      JPS2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurements of argon-scintillation and -electroluminescence properties for low mass WIMP dark matter search2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Kimura
    • 学会等名
      INSTR2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study of luminescence mechanism by neutral bremsstrahlung in gaseous argon.2020

    • 著者名/発表者名
      Tomomasa Takeda
    • 学会等名
      LIDINE2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガスアルゴン中の中性制動放射の詳細特性2020

    • 著者名/発表者名
      武田知将
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Studies on liquid argon S1 and S2 properties for low mass WIMP search experiments2019

    • 著者名/発表者名
      Masashi Tanaka
    • 学会等名
      TAUP2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ANKOK実験(低質量暗黒物質探索)シンチレーターとしての液体アルゴン2019

    • 著者名/発表者名
      田中雅士
    • 学会等名
      SMART2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Measurement of liquid argon scintillation and ionization response on nuclear recoils under electric fields up to 3 kV/cm2019

    • 著者名/発表者名
      Masato Kimura
    • 学会等名
      LIDINE2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ANKOK実験33:37Ar事象等を利用した低エネルギー電子反跳事象の発光特性2019

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 気液2相型アルゴン光検出器の研究開発2019

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      MPGD&TPC合同研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 地下環境中性子測定のための6Li添加プラスチックシンチレータの特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      小津龍吉
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ガスアルゴン中の中性制動放射による新たな発光成分2019

    • 著者名/発表者名
      武田知将
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Review on Liq Ar detectors2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yorita
    • 学会等名
      Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Double Phase Ar Detector2019

    • 著者名/発表者名
      田中雅士
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量最大化とMPPC study2019

    • 著者名/発表者名
      青山一天
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高電圧印加と電場中でのAr応答2019

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ar検出器の大光量化に向けた開発22019

    • 著者名/発表者名
      青山一天
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ガスアルゴン中の電子比例蛍光の波形と発光機構2019

    • 著者名/発表者名
      武田知将
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ANKOK実験32:低エネルギー領域の電離電子信号の特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 中性子測定コンソーシアム2019

    • 著者名/発表者名
      田中雅士
    • 学会等名
      第五回極低放射能技術研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study of pulse shape discrimination and scintillation/ionization ratio in two-phase argon detector2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Washimi
    • 学会等名
      XeSAT2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of a secondary scintillation light in a two-phase argon detector”2018

    • 著者名/発表者名
      Tomomasa Takeda
    • 学会等名
      XeSAT2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液体アルゴンによる軽い宇宙暗黒物質探索2018

    • 著者名/発表者名
      木村眞人
    • 学会等名
      SMART2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ANKOK実験29:気液2相型Ar光検出器を用いた低質量暗黒物質探索2018

    • 著者名/発表者名
      田中雅士
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ANKOK実験30:ER/NR分離能力の評価と電場最適化2018

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ANKOK実験31:電離信号(電子比例蛍光; S2)の基礎特性と利用可能性」2018

    • 著者名/発表者名
      武田知将
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ar検出器の大光量化に向けた開発2018

    • 著者名/発表者名
      青山一天
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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