液体キセノン中の電荷増幅を用いた暗黒物質探索

• 研究課題/領域番号: 25707015
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
• 連携研究者: 伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
• 研究協力者: 毛笠 莉沙子 ; 菅澤 佳世 ; 石井 瞭
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2015年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2014年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2013年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 暗黒物質 / キセノン / 電荷増幅 / 素粒子実験 / 宇宙線

研究成果の概要

宇宙には暗黒物質と呼ばれる未知の素粒子があることが数多くの観測から示唆されているが、その正体は全く分かっていない。暗黒物質を捉えるにはキセノンを用いると有利であり、世界最高感度で暗黒物質探索を行っている実験はすべて液体キセノンを用い、そこで発生する電子を上部のガスキセノンの領域まで電場によりドリフトさせ増幅して捉える方式を採用している。本研究は液体キセノンだけを用いて、発生した電子も液体キセノン中で信号増幅して捉えることで、暗黒物質探索の一層の高感度化を図るものである。実際に研究期間内の開発で、実液体キセノン中での電子増幅の発生に成功し、将来の大型化のため特殊な電極の開発を開始した。

研究成果

• [国際共同研究] CEA, Saclay(France)
• [国際共同研究] CEA, Sacley(France)
• [学会発表] Development of single phase liquid xenon TPCs for future dark matter search (2018)
  • 著者名/発表者名: Kayo Kanzawa
  • 学会等名: KMI School 2018
  • 国際学会
• [学会発表] XMASS実験：暗黒物質探索へ向けた１相式液体キセノンTPCテストベンチのシミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 石井瞭
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] キセノンTPC、気液2相型と液体球状型 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] ワイヤー電極を用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究2 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世, 伊藤好孝, 増田公明, 関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] XMASS高度化 液キセノンTPC技術開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世
  • 学会等名: アクティブ媒質TPC開発座談会
  • 招待講演
• [学会発表] XMASS高度化 液キセノンTPCプロジェクト (2017)
  • 著者名/発表者名: 関谷洋之
  • 学会等名: アクティブ媒質TPC開発座談会
  • 招待講演
• [学会発表] ワイヤー電極用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究3 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世
  • 学会等名: 日本物理学会大会 2017年秋季大会
• [学会発表] 暗黒物質探索のための１相式液体キセノンTPCの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世
  • 学会等名: 第14回MPGD研究会(MPGD2017)
• [学会発表] 比例蛍光読み出しによる１相式液体キセノンTPCの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世
  • 学会等名: 第13回 Micro Pattern Gas Detector 研究会
  • 発表場所: 神戸大学先端融合研究環統合研究拠点コンベンションホール
  • 年月日: 2016-12-09
• [学会発表] R&D towards spherical LXe TPC (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Sekiya
  • 学会等名: The 8th international symposium on large TPCs for low-energy rare event detection
  • 発表場所: Paris Diderot university
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ワイヤー電極を用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世, 伊藤好孝, 増田公明, 関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学 木花キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 比例蛍光読み出しによるXMASS実験テストベンチの開発ーGEMによる液相増幅 (2016)
  • 著者名/発表者名: 毛笠莉沙子、菅澤佳世、伊藤好孝、増田公明、関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会大会第70回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] 比例蛍光読み出しによるXMASS実験テストベンチの開発ー電極の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世、毛笠莉沙子、伊藤好孝、増田公明、関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会大会第70回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] XMASS実験感度向上のためのテストベンチの開発2 (2015)
  • 著者名/発表者名: 毛笠莉沙子、伊藤好孝、増田公明、関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学(大阪府大阪市)
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] XMASS高度化 液キセノンTPC (2015)
  • 著者名/発表者名: 関谷洋之
  • 学会等名: 液体TPC座談会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 年月日: 2015-08-25
  • 招待講演
• [学会発表] XMASS実験感度向上のためのテストベンチの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 毛笠莉沙子、伊藤好孝、増田公明、関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 液体キセノン中での電荷増幅を用いたTPCによる暗黒物質検出器の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 関谷洋之
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] Quest for dark matter by direct detection experiments with noble liquids (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Sekiya
  • 学会等名: KMI International Symposium 2013
  • 発表場所: Nagoya University
  • 招待講演
• [備考] 液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発
  • URL: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya_s/SinglePhaseXeTPC/
• [備考] 液体キセノンTPCによる暗黒物質検出
  • URL: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya/SinglePhaseXeTPC/
• [備考] 液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発
  • URL: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya/SinglePhaseXeTPC/
• [備考] 液体キセノン中での電荷増幅を用いたTPCによる暗黒物質検出器の開発
  • URL: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya/works/2014S_sekiya_pub.pptx