極低バックグラウンド宇宙素粒子実験のための表面アルファ検出器の高感度化

• 研究課題/領域番号: 21K03586
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 平出 克樹 東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (10584261)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 表面アルファ検出器 / 宇宙素粒子実験 / 極低バックグラウンド

研究開始時の研究の概要

暗黒物質の直接探索やニュートリノレス二重ベータ崩壊探索などのごく稀な現象を探索する宇宙素粒子実験において、検出器部材の表面に付着しているラドンの娘核によるバックグラウンド事象の低減は共通の課題である。
本研究の目的は、次世代の極低バックグラウンド検出器開発を見据えて、現行の低バックグラウンド表面アルファ検出器のバックグラウンドの低減を行うとともに、表面アルファ検出性能を詳細に検証し、測定方法の改善を行う。

研究成果の概要

本研究では、アルゴンガスを用いたイオンチェンバー型の表面アルファ検出器の高感度化を行った。本研究により、表面アルファ検出器のバックグラウンド源を理解するために必要な長期測定が可能になり、サンプルトレイの改善により一部のバックグラウンドを低減することができた。また、帯電しやすい絶縁体サンプルの除電方法についても一定の知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

暗黒物質の直接探索実験や、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の探索実験など、ごく稀な現象を探索する宇宙素粒子実験においては、検出器部材の表面に付着しているラドンの娘核による表面バックグラウンド事象の低減が共通の課題である。本研究の成果は、これらの次世代の検出器を開発するにあたり、必要とされる極低バックグラウンド表面アルファ検出器の性能を実現するために不可欠なものである。