| 研究課題/領域番号 |
21K13943
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 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
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
東野 聡 神戸大学, 理学研究科, 学術研究員 (00895469)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 暗黒物質 / ガス検出器 / TPC / ピクセル検出器 / ASIC / シリコン検出器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
暗黒物質の直接探索に対して、方向に感度を持つ探索を推進するNEWAGE実験は、ガスTPC内で暗黒物質が物質と相互作用し、反跳した原子核の飛跡を検出する仕組みで実験を行なってきた。従来では、ガスTPCの読み出しに 400 μm 間隔のストリップ型読み出しを使用してきたが、読み出し粒度の粗さから短飛跡の原子核反跳を検出することができず、暗黒物質の低質量領域の感度に制限をかけていた。本研究では、O(10) μm という微細間隔のピクセル型読み出しを実現すべく、シリコンピクセル検出器を用いたガス検出器の開発を行い、ガス検出器の読み出し精度に関するブレイクスルーを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、方向に感度をもつ暗黒物質探索のためのピクセル読み出し型ガスTPCを開発することを目的としている。本来の計画である既存のシリコンピクセル検出器用の読み出しASICの応用から路線変更し、ガスTPC用のASICを新規開発したため、プロトタイプ読み出し基板を用いてその性能評価を行うところから該当年度の研究を開始した。
ASICを搭載した読み出し基板はXilinx社製のSoCであるZynqを搭載した基板を用いて読み出すことを計画しており、それに従って読み出しに必要なファームウェアとソフトウェアの開発を行った。ASICは64チャンネルのピクセル読み出しに対応しており、そのそれぞれにADCを搭載しているため、波形読み出しが可能である。本研究ではそれぞれのチャンネルにテスト電荷を入射して、設計通りの波形が取得できることを確認した。アナログ特性を評価し、想定通りのダイナミックレンジを達成できることを確認した。さらに、このASICはプロトタイプとして設計したため、データ転送を抑えるためのToT (Time over Threshold) データをそれぞれのチャンネルから出力することもできるようにしている。現在、ToTを評価するための読み出しシステムを開発中であり、成果がまとまり次第論文執筆を開始する予定である。
波形読み出しが設計値通りの性能で可能であることがわかったため、原理的に暗黒物質探索実験での活用が可能であることを本研究で示した。本研究については、2023年度に関連論文を2件出版した。また国際会議で3件、国内会議で5件 (物理学会含む) の口頭発表をした。
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