原子核反跳による宇宙暗黒物質の直接探索

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02J04485
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 吉田 斉 大阪大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(PD)
• キーワード: 暗黒物質 / WIMPs / ニュートリノ / CaF_2シンチレータ / 原子核反跳 / 低バックグラウンド / 地下実験

研究概要

宇宙の構成物質の大部分は光っていない物質であり、その候補の一つとしてWIMPs (Weakly Interacting Massive Particles)が有力視されている。本研究は大型のCaF_2シンチレーターを使用し、暗黒物質(WIMPs)と検出器中の原子核(^<19>F)との散乱による反跳核エネルギーの検出をとうして探索を行なう。また、同時に^<48>Caの二重ベータの崩壊の観測によりニュートリノ質量の測定を目指している。
WIMPsによる原子核反跳は低エネルギー領域での検出が不可欠である。本研究においては電子エネルギー換算で5keVのエネルギー領域の検出を目指しており、そのために必要な光電子数の検出を可能にするために、光電子増倍管では検出の難しい、CaF_2検出器の紫外領域の発光波長を波長変換剤により可視光領域に変換する必要がある。昨年度の引き続き液体シンチレーターの性能評価を継続して行い検出器からの光検出量に影響を与える液体シンチレーター中での光の減衰長を測定した。その評価から現在建設中の検出器に対しては十分満足できる性能が得られる事を確認した。
同時に、バックグラウンドの低減化を実現するためにCaF_2検出器の結晶中に含まれる放射性不純物が測定感度に与える影響を見積もるための、シンチレーション光の伝搬に関するモンテカルロシミュレーションプログラムを新たに開発した。そのコードを使用して事象の位置の再構築の精度の評価を行ない、10センチメートル角の結晶中で起こった事象を90%の効率で認識できるという結果を得た。

研究成果

• [文献書誌] N.Kudomi et al.: "Precise Measurement of Cross Section of ^3He(^3He,2p)^4He by using ^3He Doubly Charged Beam"Physical Review C. 69. 015802 (2004)
• [文献書誌] S.Yoshida et al.: "Search for WIMPs with NaI(TI) Detectors at Oto Cosmo Observatory"Nuclear Physics. A721. 1056c-1059c (2003)
• [文献書誌] T.Itahashi et al.: "Cross section of ^3He(^3He,2p)^4He Measured near the Gamov Peak"Nuclear Physics. A721. 1015c-1018c (2003)
• [文献書誌] I.Ogawa et al.: "Double Beta Decay Study of ^<48>Ca by CaF_2"Nuclear Physics. A721. 525c-528c (2003)
• [文献書誌] P.Doe et al.: "Neutrino Studies in ^<100>Mo and MOON-Mo Observatory of Neutrinos"Nuclear Physics. A721. 517c-520c (2003)
• [文献書誌] K.Ichihara et al.: "Highly Sensitive Measurements of Alpha-rays in NaI(TI) scintillator by Pulse Shape Discrimination with Charge-Sensitive ADC"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A515. 651-656 (2003)