方向に感度をもった暗黒物質直接探索

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化
• 研究課題/領域番号: 19H05806
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 身内 賢太朗 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (80362440)
• 研究分担者: 中 竜大 東邦大学, 理学部, 准教授 (00608888) ; 小川 洋 日本大学, 理工学部, 助手 (20374910)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 暗黒物質 / 地下実験 / 低放射能技術 / ガスTPC / 原子核乾板

研究実績の概要

NEWAGE実験ではガス検出器(μ-PIC)を用いた方向に感度を持つ暗黒物質を行ってきた。このために、放射性不純物の含有量の少ないμ-PIC（低BGμ-PIC）の開発を代表者の身内が行った。2023年度には、2020・2021年度で試作、2022年度に製作を行った30cm角低BGμ-PICの実機の性能評価を行い、地下実験の検出器に導入、暗黒物質探索実験を開始した。また、表面からのα線放出量の少ないμ-PICを用いた300日以上の観測データについて、前後判定を含めた原子核反跳の三次元飛跡を利用した解析を行った結果をPTEP誌にて出版した。また、同検出器によって、低閾値化、低バックグラウンド化の改良を施した暗黒物質探索についての解析も進めた。また、さらなる高感度化のための陰イオンガスを用いた三次元原子核反跳検出についての論文をJINST誌にて出版した。
ガス検出器の深刻なBGである放射性同位体ラドン低減のために、分担者の小川が、吸着剤（モレキュラーシーブス, MS）を用いたラドン除去システムを開発してきた。2023年度には、材料の選択、製法の見直しを行い以前に製作したものよりも低BGなMSについて、測定を行い論文をJINST誌で出版した。
NEWSdm 実験は、固体検出器（原子核乾板）を用いた方向に感度を持つ暗黒物質を行っている。このために読み取り装置の高感度化・高速化を分担者の中が行ってきた。2023年度には、地下実験室で検出器を赤道儀に搭載した観測を開始した。また、地下実験環境におけるバックグラウンドの理解を目的とした測定に関して約4ヶ月間の観測を完了した。また、宇宙線によって加速された軽い暗黒物質の原子核乾板による観測の感度計算をJCAP誌で出版した。
銀河中心で宇宙線によって加速された軽い暗黒物質のガス検出器および原子核乾板による観測の感度計算をJCAP誌で出版した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] シェフィールド大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: シェフィールド大学
• [国際共同研究] ハワイ大学/ニューメキシコ大学/ウェルズリー大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ハワイ大学/ニューメキシコ大学/ウェルズリー大学
• [国際共同研究] LPSCグルノーブル(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LPSCグルノーブル
• [国際共同研究] GSSI/ナポリ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: GSSI/ナポリ大学
• [国際共同研究] ANU(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: ANU
• [雑誌論文] Measurement of radon emanation and impurity adsorption from argon gas using ultralow radioactive zeolite (2024)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Hiroshi、Iyoki Kenta、Matsukura Minoru、Wakihara Toru、Abe Ko、Miuchi Kentaro、Umehara Saori
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 19 ページ: P02004～P02004
  • DOI: 10.1088/1748-0221/19/02/P02004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Challenges for the Directional Dark Matter Direct Detection (2024)
  • 著者名/発表者名: Miuchi Kentaro
  • 雑誌名: Journal of Advanced Instrumentation in Science 巻: 2024 ページ: 473
  • DOI: 10.31526/jais.2024.473
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direction-sensitive dark matter search with 3D-vector-type tracking in NEWAGE (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimada Takuya, Higashino Satoshi, Ikeda Tomonori, Nakamura Kiseki, Yakabe Ryota, Hashimoto Takashi, Ishiura Hirohisa, Nakamura Takuma, Nakazawa Miki, Kubota Ryo, Nakayama Ayaka, Ito Hiroshi, Ichimura Koichi, Abe Ko, Kobayashi Kazuyoshi, Tanimori T., Kubo H., Takada A., Sekiya H., Takeda A., Miuchi Kentaro
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2023 ページ: 103F01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptad120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Directional direct detection of light dark matter up-scattered by cosmic rays from direction of the Galactic center (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagao Keiko I.、Higashino Satoshi、Naka Tatsuhiro、Miuchi Kentaro
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2023 ページ: 061～061
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2023/07/061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of negative-ion gaseous TPC using micro pattern readout for direction-sensitive dark matter search (2023)
  • 著者名/発表者名: Higashino Satoshi、Ikeda Tomonori、Nakayama Ayaka、Ofuji Mizuno、Miuchi Kentaro
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 18 ページ: C06012～C06012
  • DOI: 10.1088/1748-0221/18/06/C06012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Directional sensitivity of the NEWSdm experiment to cosmic ray boosted dark matter (2023)
  • 著者名/発表者名: Agafonova N.Y.、、、Naka T.他
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2023 ページ: 067～067
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2023/07/067
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Direction sensitive dark matter search with Nuclear Emulsion (2024)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Naka
  • 学会等名: UGAP2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Direction sensitive dark matter search with gaussous TPCs (2024)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Higashino
  • 学会等名: UGAP2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 暗黒物質直接探索の現状と将 (2024)
  • 著者名/発表者名: 身内賢太朗
  • 学会等名: 2024年日本物理学会春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 原子核乾板による暗黒物質探索実験NEWSdmのグランサッソ研究所における実験推進状況の報告 (2024)
  • 著者名/発表者名: 浅田貴志
  • 学会等名: 2024年日本物理学会春季大会
• [学会発表] ピクセル読み出しガスTPC開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: 新学術「地下宇宙」若手研究会
• [学会発表] 地下実験のための低BG検出器性能評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 生井凌太
  • 学会等名: 新学術「地下宇宙」若手研究会
• [学会発表] NEWSｄｍ実験における極低バックグラウンドを実現する超微粒子原子核乾板の開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 陳夏姫
  • 学会等名: 新学術「地下宇宙」若手研究会
• [学会発表] 超微粒子原子核乾板デバイスの低バックグラウンド化研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 石原大樹
  • 学会等名: 新学術「地下宇宙」若手研究会
• [学会発表] ガス飛跡検出器による方向に感度を持つ暗黒物質探索実験 (2024)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: 令和5年度宇宙線研究所共同利用研究成果発表研究会
• [学会発表] 極低放射能モレキュラーシーブスの改良と、暗黒物質探索実験への実装 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小川洋
  • 学会等名: 令和5年度宇宙線研究所共同利用研究成果発表研究会
• [学会発表] 超微粒子原子核乾板によるLNGS中性子測定? (2024)
  • 著者名/発表者名: 白石卓也
  • 学会等名: 第９回極低放射能研究会
• [学会発表] 極低放射能ゼオライトによるラドン削減 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小川洋
  • 学会等名: 第９回極低放射能研究会
• [学会発表] 低質量暗黒物質探索に向けたピクセルガスTPC開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: MPGD&Active媒質TPC2023研究会
• [学会発表] NEWAGE実験のための大型ガスTPCに向けたモジュール型検出器の開発と性能評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大藤瑞乃
  • 学会等名: MPGD&Active媒質TPC2023研究会
• [学会発表] 方向感度を持つ暗黒物質探索のための低BG検出器性能評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 生井凌太
  • 学会等名: MPGD&Active媒質TPC2023研究会
• [学会発表] NEWAGE実験78：低BG検出器を用いた方向感度を持つ暗黒物質探索地下実験 (2024)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: 2024年日本物理学会春季大会
• [学会発表] 低質量暗黒物質探索に向けたピクセルガスTPC開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: 2024年日本物理学会春季大会
• [学会発表] Status of the NEWSdm experiment (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Asada
  • 学会等名: CYGNUS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Environmental neutron measurement at the Gran Sasso laboratory in the NEWSdm experiment (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuya Shiraishi
  • 学会等名: CYGNUS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] NEWAGE / CYGNUS-KM (2023)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Miuchi
  • 学会等名: CYGNUS 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NEWAGE: direction-sensitive direct dark matter search (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Higashino
  • 学会等名: TAUP2023
  • 国際学会
• [学会発表] NEWAGE: direction-sensitive direct dark matter search (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Higashino
  • 学会等名: ICRC2023
  • 国際学会
• [学会発表] 暗黒物質直接探索の現状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 身内賢太朗
  • 学会等名: Aso Workshop on Particle Physics and Cosmology 2023
  • 招待講演
• [学会発表] 暗黒物質直接探索の現状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 身内賢太朗
  • 学会等名: 素粒子物理学の進展2023（PPP2023）
  • 招待講演
• [学会発表] NEWAGE実験75：大型ガスTPCを用いた方向感度を持つ暗黒物質探索地下実験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 東野聡
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 低質量暗黒物質の探索に向けた超微粒子原子核乾板における低エネルギー反跳陽子飛跡の測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: ダウディ由莉香
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] NEWAGE実験74:大型ガスTPCにおけるモジュール型検出器の地上実験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大藤瑞乃
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] NEWAGE実験74:方向感度を持つ暗黒物質探索のための低BG検出器性能評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 生井凌太
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [備考] 「地下宇宙」計画研究 B02 方向に感度をもった暗黒物質直接探
  • URL: https://www.lowbg.org/ugap/plan-b02.html
• [備考] NEWAGE
  • URL: https://ppwww.phys.sci.kobe-u.ac.jp/~newage/newage_j.html