| 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 / ピクセル検出器 / TPC / 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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| 研究成果の概要 |
本研究は方向感度をもつ暗黒物質の直接探索実験において、低質量領域への探索感度を向上すべくピクセル型の微細読み出しを用いたガスTPCの開発を行った。微細ピクセル読み出しはその電子回路の集積度の高さから挑戦的であったが、独自に読み出しのASICを開発することで問題打開を試みた。開発したASICは各チャンネルに独立に波形取得用のADCが搭載されており、それらが設計通りに動作することを確認した。これにより、開発したフロントエンドが原理的に暗黒物質探索実験に適用可能であることを示した。また、並行してASICに搭載するピクセル電極設計も進め、暗黒物質検出器として運用するためのツールを揃えた段階に至った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ピクセル読み出しのためのガスTPC読み出し用のASICは世界中の様々な機関でそれぞれ開発されているが、本研究で開発したASICは波形読み出し用のADCが付いていることと、そのアナログ応答で独自のものであり、方向感度をもつ暗黒物質探索のための読み出し回路として他では代用できないものになっている。低質量の暗黒物質探索においては、方向感度のない探索では太陽ニュートリノ由来の背景事象の分離が難しいことから、本研究の成果は低質量領域探索において重要な進展である。
また、開発したASICは他の素粒子・原子核実験での利用にも関心を持たれており、分野を超えたシナジーが期待される。
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