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大型キセノン検出器を用いた暗黒物質の世界最高感度探索

研究課題

研究課題/領域番号 19J20429
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
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
研究機関東京大学

研究代表者

加藤 伸行  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード暗黒物質 / 直接探索 / キセノン / 液体キセノン / 純化
研究開始時の研究の概要

暗黒物質は現在の宇宙論では外すことのできない部分を占めているがその正体は分かっていない。本研究ではイタリアで行われる予定の液体キセノンを使った実験で暗黒物質の世界最高感度探索を行うものである。ハードウェアの面では、申請者は液体キセノンの純度測定を行う装置を開発し運用する。また、実験が始まったらそのデータの解析を他の共同研究者と共に行いデータを最大限生かす努力をする。

研究実績の概要

本年度はまず、開発してきたキセノン純化システムを引き続き運用してXENONnTの電子寿命(純度指標)を10ミリ秒を超えるところまで上げることができた。これは過去の実験であるXENON1Tが1ミリ秒にに届かない程度であったこと、XENONnTがXENON1Tの約3倍のキセノン量を持つことからも驚異的な結果である。この電子寿命はXENONnT実験にとっては十分に長いものであり、このような最高のキセノンの状態のままXENONnTの物理観測を開始することができた。懸念であったラドンレートも、新しい純化装置からの寄与は小さく、全体のラドンレートについて世界で一番低い値を達成した。また、同じく運用を続けていた純度モニターはただ純度を測定しているだけでなく、いくつかのオペレーション上の重要な意思決定を行う上で非常に有益なデータを提供し、XENONnT実験の物理観測開始に大きく寄与した。
本年度中についに物理観測が開始したことから、そこから出てくるデータの解析も精力的に行なった。特に、実験の最重要パラメータである電子寿命については、初期から開発をおこなっていた純度モニターとXENONnT実験装置自身から出てくるものどちらも利用して解析をした。これは二相式キセノンTIme Projection Chamber中でドリフト電子が酸素等電気陰性度の高い不純物によって捕獲され減衰する効果を補正するもので、実験の基本原理に深く関連することからほぼ全ての解析で使用される。本年度中にXENONnT実験の初期データを用いた物理結果の公表にまでは至らなかったが、解析は進行中であり近いうちに公表されることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] コロンビア大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] グランサッソ国立研究所(イタリア)

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

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

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

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 222Rn emanation measurements for the XENON1T 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

      Eur. Phys. J. C 81:337 (2021) pp1-14

      巻: C 81:337 号: 4 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-020-08777-z

    • 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] 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 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] XENONnT experiment2020

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Kato
    • 学会等名
      Kashiwa Dark Matter Symposium 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] XENON実験でのキセノン純化モデル2020

    • 著者名/発表者名
      加藤伸行
    • 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 2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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