• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

水チェレンコフ中性子検出器によるXENONnT実験での暗黒物質直接探索の高感度化

研究課題

研究課題/領域番号 19H00675
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

MARTENS Kai  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (20535025)

研究分担者 竹田 敦  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (40401286)
伊藤 好孝  名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
身内 賢太朗  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (80362440)
平出 克樹  東京大学, 宇宙線研究所, 特任助教 (10584261)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
40,690千円 (直接経費: 31,300千円、間接経費: 9,390千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2019年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
キーワードneutron veto / dark matter / water Cherenkov / gadolinium sulfate / direct detection / gadolinium / neutron tagging / WIMP / solar axion / 暗黒物質 / 水チェレンコフ型検出器 / 中性子検出器
研究開始時の研究の概要

暗黒物質(DM)の正体の解明は現代の物理学における最重要課題の一つである。有効質量約4tの液体キセノン検出器を用いたXENONnT実験は世界最高感度でのDM探索を行う。この実験ではDMによるキセノン原子核の反跳現象を探索するが、検出器内部の放射性不純物起因の中性子でも同様の現象が起こるため、中性子を同定する中性子検出器がDMの証拠を掴む鍵を握る。本研究ではスーパーカミオカンデで培われた中性子検出技術の初の転用例として、中性子検出器の建設や較正作業、安定な運転を行い、中性子による事象の80%以上を排除する。これで感度を一桁向上し、DM-核子散乱断面積2x10-48cm2の探索感度で発見を目指す。

研究成果の概要

中性子は暗黒物質粒子の検出を模倣することができるため、XENONnTのような暗黒物質検出器には中性子拒否(NV)が必要である。
この助成金の下で、私たちはもともとスーパーカミオカンデのために神岡で開発されたEGADSガドリニウム水チェレンコフ技術に基づく新しいNV技術を開発し、実装しました。
私たちはこの新しいNVをXENONnT暗黒物質実験に設置し、試運転に成功しました。このNVは、現世代の液体キセノン暗黒物質実験でこれまでに発表された唯一のブラインド暗黒物質分析に貢献しました。この実験では、現世代の液体キセノン暗黒物質実験がこれまでに発表した唯一のブラインド暗黒物質解析が行われた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

While our new technology greatly reduces the environmental risk from a neutron veto leak alone, the scientific reach of the whole detector is the same. And finding dark matter particles will surely change our understanding of the universe and the role matter plays in it.

報告書

(6件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (65件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (24件) 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 20件、 査読あり 20件、 オープンアクセス 18件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 6件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] LNGS/Bologna University/Napoli University(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] MPIK Heidelberg/University of Muenster/Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/The University of Chicago/UC San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Subatech/LPNHE Paris(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zuerich(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Laboratori Nazionali del Gran Sasso/Bologna University/University of Naples(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Mainz/MPIK Heidelberg/University of Muenster(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/Rice University/University of Chicago(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Weizmann Institute of Science(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Stockholm(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] INFN - LNGS/University of Bologna/University of Napoli(イタリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/The University of Chicago/Purdue University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Muenster University/MPIK Heidelberg/KIT Karlsruhe(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zuerich(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] LPNHE Paris/Subatech/IJCLab(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] INFN(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] MPIK Heidelberg/Muenster University/Mainz University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] LAL/LPNHE/Subatech(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/University of Chicago/Rice(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zurich(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] First Dark Matter Search with Nuclear Recoils from the XENONnT Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      XENON collaboration, M. Kobayashi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 号: 4 ページ: 041003-19

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.041003

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double-weak decays of 124Xe and 136Xe in the XENON1T and XENONnT experiments2022

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, K. Abe, F. Agostini, S. Ahmed Maouloud, M. Alfonsi, L. Althueser, B. Andrieu, E. Angelino, J. R. Angevaare, V. C. Antochi, D. Anton Martin, F. Arneodo, L. Baudis, A.L. Baxter, L. Bellagamba, R. Biondi, A. Bismark, S.Kazama et al.
    • 雑誌名

      Phys. Rev. C

      巻: 106 024328 号: 2 ページ: 2-19

    • DOI

      10.1103/physrevc.106.024328

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for New Physics in Electronic Recoil Data from XENONnT2022

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, K. Abe, F. Agostini, S. Ahmed Maouloud, M. Alfonsi, L. Althueser, B. Andrieu, E. Angelino, J. R. Angevaare, V. C. Antochi, D. Anton Martin, F. Arneodo, L. Baudis, A.L. Baxter, L. Bellagamba, R. Biondi, A. Bismark, S.Kazama et al.
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 129 161805 号: 16 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/physrevlett.129.161805

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Application and modeling of an online distillation method to reduce krypton and argon in XENON1T2022

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile et al. XENON collaboration
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 053H01 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac074

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Emission of single and few electrons in XENON1T and limits on light dark matter2022

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile et al. XENON collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106, 022001 号: 2 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.022001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Material radiopurity control in the XENONnT experiment2022

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile et al. XENON collaboration
    • 雑誌名

      Euro Physical Journal C

      巻: 82:599 号: 7 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10345-6

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for Coherent Elastic Scattering of Solar B8 Neutrinos in the XENON1T Dark Matter Experiment2021

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, ..., Y. Itow, ..., S. Kazama, ..., K. Martens, ..., S. Moriyama, ..., A. Takeda, ..., et. al. (XENON Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 9 ページ: 091301-091301

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.091301

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for inelastic scattering of WIMP dark matter in XENON1T2021

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, ..., Y. Itow, ..., S. Kazama, ..., K. Martens, ..., S. Moriyama, ..., A. Takeda, ..., et. al. (XENON Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 号: 6 ページ: 063028-063028

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.063028

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy resolution and linearity of XENON1T in the MeV energy range2020

    • 著者名/発表者名
      Aprile E et al.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 80 号: 8 ページ: 785-785

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-020-8284-0

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Excess electronic recoil events in XENON1T2020

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, ..., Y. Itow, ..., S. Kazama, ..., K. Martens, ..., S. Moriyama, ..., A. Takeda, ..., et. al. (XENON Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 7 ページ: 072004-072004

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.072004

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Projected WIMP sensitivity of the XENONnT dark matter experiment2020

    • 著者名/発表者名
      E. Aprile, ..., Y. Itow, ..., S. Kazama, ..., K. Martens, ..., S. Moriyama, ..., A. Takeda, ..., et. al. (XENON Collaboration)
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 号: 11 ページ: 031-031

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/11/031

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for proton decay into three charged leptons in 0.37 megaton-years exposure of the Super-Kamiokande2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka M et al. (The Super-Kamiokande Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 号: 5 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1103/physrevd.101.052011

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for point sources of ultra-high-energy photons with the Telescope Array surface detector2020

    • 著者名/発表者名
      Abbasi R U et al. (Telescope Array Collaboration)
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 492 号: 3 ページ: 3984-3993

    • DOI

      10.1093/mnras/stz3618

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Probing GHz gravitational waves with graviton?magnon resonance2020

    • 著者名/発表者名
      Ito Asuka、Ikeda Tomonori、Miuchi Kentaro、Soda Jiro
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 80 号: 3 ページ: 179-179

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-020-7735-y

    • NAID

      120006823974

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of an alpha-particle imaging detector based on a low radioactivity micro-time-projection chamber2020

    • 著者名/発表者名
      Ito H.、Hashimoto T.、Miuchi K.、Kobayashi K.、Takeuchi Y.、Nakamura K.D.、Ikeda T.、Ishiura H.
    • 雑誌名

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

      巻: 953 ページ: 163050-163050

    • DOI

      10.1016/j.nima.2019.163050

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for Astronomical Neutrinos from Blazar TXS 0506+056 in Super-Kamiokande2019

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara K. et al. (The Super-Kamiokande Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 887 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ab5863

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Sensitivity of Super-Kamiokande with Gadolinium to Low Energy Antineutrinos from Pre-supernova Emission2019

    • 著者名/発表者名
      Simpson C. et al., the Super-Kamiokande Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 885 号: 2 ページ: 133-133

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab4883

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Atmospheric neutrino oscillation analysis with improved event reconstruction in Super-Kamiokande IV2019

    • 著者名/発表者名
      Jiang M. et al.
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2019 号: 5 ページ: 1-39

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz015

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of the neutrino-oxygen neutral-current quasielastic cross section using atmospheric neutrinos at Super-Kamiokande2019

    • 著者名/発表者名
      Wan L et al. (Super-Kamiokande Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 号: 3 ページ: 032005-032005

    • DOI

      10.1103/physrevd.99.032005

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a time projection chamber with a sheet-resistor field cage2019

    • 著者名/発表者名
      Miuchi Kentaro、Ikeda Tomonori、Ishiura Hirohisa、Nakamura Kiseki D、Takada Atsushi、Homma Yasuhiro、Abe Ko、Ichimura Koichi、Ito Hiroshi、Kobayashi Kazuyoshi、Nakamura Takuma、Ueno Ryuichi、Shimada Takuya、Hashimoto Takashi、Yakabe Ryota、Ochi Atsuhiko
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2019 号: 6 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz048

    • NAID

      120006716625

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Liquid Xenon Dark Matter searches2023

    • 著者名/発表者名
      Kai Martens
    • 学会等名
      31st International Symposium on Lepton Photon Interactions at High Energies
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Status of the XENONnT experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Ko Abe
    • 学会等名
      International Conference on the Physics of the Two Infinities
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First Results from XENONnT2023

    • 著者名/発表者名
      Khai Bui
    • 学会等名
      TMEX 2023
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First Results from XENONnT2022

    • 著者名/発表者名
      Khai Bui
    • 学会等名
      Kashiwa Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First Science Results from the XENONnT Experiment2022

    • 著者名/発表者名
      Shingo Kazama
    • 学会等名
      LIDINE 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The XENONnT experiment: Recent status and updates2022

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Kobayashi
    • 学会等名
      XeSAT 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] XENON/XMASS報告2021

    • 著者名/発表者名
      Kai Martens
    • 学会等名
      新学術領域「地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化 第七回極低放射能技術」研究会, オンライン開催
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験のための中性子反同時計測システムの評価2021

    • 著者名/発表者名
      水越彗太
    • 学会等名
      「第七回極低放射能技術」研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験における中性子反同時計測のためのレーザーを用いた光学特性直接評価2021

    • 著者名/発表者名
      前田剛志
    • 学会等名
      「第七回極低放射能技術」研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験の中性子反同時計測を含めた検出器応答評価2021

    • 著者名/発表者名
      水越彗太
    • 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
  • [学会発表] XENONnT実験における中性子反同時計測のためのレーザーを用いた光学特性直接評価2021

    • 著者名/発表者名
      前田剛志
    • 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
  • [学会発表] XENON実験:二相型キセノンTPCを用いた暗黒物直接質探索実験とその状況報告2020

    • 著者名/発表者名
      山下雅樹
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験中性子反同時計測システムの較正とシミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      水越彗太
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENON実験:中性子veto内の放射性不純物モニター2020

    • 著者名/発表者名
      竹田敦
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験における中性子vetoカウンターの読み出しシステム2020

    • 著者名/発表者名
      Hiraide, K.
    • 学会等名
      JPS 2020 Spring meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験の中性子VETOシステムにおける時間情報を用いた背景事象の除去2019

    • 著者名/発表者名
      Hiraide, K.
    • 学会等名
      JPS 2019 Fall meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT実験におけるシミュレーションによるnVetoシステムの評価2019

    • 著者名/発表者名
      Miuchi, K.
    • 学会等名
      JPS 2019 Fall meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] XENONnT 中性子veto カウンターにおけるガドリニウム水中のRn濃度モニター2019

    • 著者名/発表者名
      Takeda, A.
    • 学会等名
      JPS 2019 Fall meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Japan in the XENONnT Experiment: Overview2019

    • 著者名/発表者名
      Martens, K.
    • 学会等名
      JPS 2019 Fall meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] XENON Dark Matter Project

    • URL

      https://xenonexperiment.org/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] XENONnT

    • URL

      https://www.ipmu.jp/en/research-activities/research-program/XENONnT

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi