公募研究
学術変革領域研究(A)
暗黒物質の有力な候補となりうるアクシオンは，理論的に予言いる未発見の素粒子である．XENON実験による太陽アクシオンの信号は，3種類の相互作用 (電子，光子，原子核との相互作用)が混合 の不定性から逃れられない．そこで本研究は他の原理に基づく相互作用ごとに特化した2つの探索実験を行う．いずれも研究代表者独自のイベント駆動型X線ピクセル検出器「SOIPIX」を用いる．1つはテーブルトップ型の「ISAI実験」であり，もう1つは「SOIPIX」を主検出器として搭載する広帯域X線衛星による「ALPINE観測」である．それぞれ原子核および光子との相互作用に特化しており，混合による不定性が無い．
暗黒物質の有力な候補となりうるアクシオンは，理論的に予言いる未発見の素粒子である．XENON実験による太陽アクシオンの信号は，3種類の相互作用 (電子，光子，原子核との相互作用)が混合 の不定性から逃れられない．そこで本研究は他の原理に基づく相互作用ごとに特化した2つの探索実験を行う．いずれも研究代表者独自のイベント駆動型X線ピクセル検出器「SOIPIX」を用いる．1つはテーブルトップ型の「ISAI実験」であり，もう1つは「SOIPIX」を搭載する次期広帯域X線衛星による「ALPINE観測」である．それぞれ原子核および光子との相互作用に特化している．第1期公募研究での成果を受けISAI実験の本観測から，アクシオンの質量や原子核との相互作用の強さを，過去最高の制限をつける．そこで得た知見を元に，衛星搭載用SOIPIX素子とシステムの高性能化を行い，ALPINE観測の実現性を高める．１年目の2023年度は，低BGDフレキへのXRPIX7の組み立て，読み出し回路の準備，最高性能を発揮する駆動方式の開発，Fe-57箔の入手と低BGD保持ジグの作成，プラスチックシンチレータの完成，低バックグラウンドの鉛の入手を行った．これにより，要素毎の準備の大半が完了し，コミッショニングの最終段階に進めた．２年目（最終年度）に最終的な調整などを行い，観測を開始する．
1: 当初の計画以上に進展している
第１期公募研究の支援を得てISAIの準備を進めてきた．放射能を従来品の1/7000に抑えた低BGDフレキへのXRPIX7の組み立てと，読み出し回路の準備を行い，最高性能を発揮する駆動方式を開発した．京大理学部5号館東棟に観測装置として恒温槽を設置，その中でXRPIX7を動作させ予定性能を確認した．他の予算も確保し，Fe-57箔の入手と低BGD保持ジグの作成を行った．2023年度はインハウスで組み立て中のプラスチックシンチレータの必要本数を完成させた．観測用に必要な2つの低BGDフレキに取り付けたXRPIX7のうち，1つは完成し，観測装置の恒温槽中での動作も問題ないことを確認した．さらに，低バックグラウンドの鉛の入手にも成功した．これは当初の計画にはなかった実績であり，これにより当初の計画以上に進展していると評価する．また，２つ目のXRPIX7の読み出し部も低BGDフレキへの改造が終了した．
２年目（最終年度）は，まず２つ目のXRPIX7の読み出しの調整を行う．当初XRPIX7からのアナログ信号のDCレベルと，それを受ける外付けADCのレベル設定が噛み合わない，という問題があった．これはXRPIX7出力を増幅するインストルメンテーションアンプ素子に原因があることがわかった．検討の結果，インストルメンテーションアンプ素子の交換を行うのではなく，さらなるADC入力部のドライバICの設定の調整により対応することにした．この変更を行ったうえでの，性能評価を行う．合わせて，反同時計数システムの最終調整を行い，カメラ部と三角シンチレータシステムを恒温槽にインストールする．これにより，コミッショニングが終了し，本観測を開始する．
すべて 2024 2023
すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
巻: 1060 ページ: 169033-169033
10.1016/j.nima.2023.169033
IEEE Transactions on Nuclear Science
巻: 70 号: 7 ページ: 1444-1450
10.1109/tns.2023.3287130
The Astrophysical Journal
巻: 950 号: 2 ページ: 137-137
10.3847/1538-4357/acccf6
