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2015 年度 実績報告書

超高分解能原子核乾板による暗黒物質方向探索実験プロジェクトの推進

研究課題

研究課題/領域番号 15H05446
研究機関名古屋大学

研究代表者

中 竜大  名古屋大学, 高等研究院(現), 助教 (00608888)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード暗黒物質 / 方向感度 / 超微粒子原子核乾板
研究実績の概要

本研究は、新たな検出法として注目される方向感度を持った暗黒物質探索実験を目的としたものであり、独自に開発した超高分解能原子核乾板(Nano Imaging Tracker:NIT)を用いた大質量化可能な実験を推進することを目的とする。
当該年度において、国際共同プロジェクトとして組織体制を構築し、デバイス開発から実装システムまでのあらゆる開発研究を進める体制を整えることができた。まず、内部背景事象の理解を目的に、グランサッソ研究所と共同で、ICP-MSおよびGe検出器による検出器内部の放射性同位体、およびAMSを用いたC-14レベルの定量的理解、さらに、それらのデータをもとに内部発生中性子によるバックグラウンドレートの推定を行い、背景事象削減に向けた数値目標を設定することができた。また、解析システムを原理実証用から実際の実験において実装可能なものにアップグレードさせ、その検出性能の理解および性能評価手法の開発を行い、実際の実験にむけた要素技術開発がほぼ確立した。並行して、検出器のナノスケール構造を考慮した新たなシミュレーションの開発も進め、検出効率や角度分解能を含めた検出性能の理解を劇的に進めることができた。このシミュレーションをベースにした、より現実的な暗黒物質探索感度推定、さらに暗黒物質望遠鏡としての将来的な可能性に関する研究を継続して進めている。また、検出器の純化や地下実験サイトの設計と構築などを進めており、平成28年度は予備実験として地上での小スケールランによる背景事象の理解を徹底的に進めていくための準備を進めている。これらの研究成果等踏まえ、Letter of Intentを国際共同プロジェクト"NEWS"としてイタリア・グランサッソ研究所へ提出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初、計画していた内部バックグラウンドの理解を定量的に進めるとともに、新たな解析システムの開発による性能向上と、解析手法の開発が進み、実装可能なシステム開発が進んだ。システム構築は、やや当初予定よりも遅れてしまったが、全体として概ね計画通り進んでいる。さらに、より短期的な実装を目指した研究と並行して、長期的な研究開発も行い、検出原理の現象論的理解や温度依存性を用いた全く新しいバックグラウンド除去法など重要な研究テーマの創出も行うことができ、これらを国際共同実験として推進することができるような体制も構築された。これらは当初の計画を概ね達成している状況にあると共に、当初予定していなかった新たな知見やアイディアなども生まれ、今後のさらなる発展可能性を示すことができている。

今後の研究の推進方策

現在、新解析システムが実装可能な状況にあり、これを用いた本格的な事象解析を進め、大統計でのシグナルおよびバックグラウンド特性の理解を定量的に進めていく。特に、中性子反跳事象を用いた検出器性能評価方法の開発、電子バックグラウンド評価、および、地上ラン体制の完備を進め、最初の小スケールの地上ランを実施し、背景事象の理解と本実験に向けたデモンストレーションを進めるとともに、イタリア・グランサッソ研究所における地下実験に向けた環境構築を進めていく。平行して、デバイスの純化、さらに合成ポリマーを用いた超低バックグラウンドデバイスの基礎研究や、より高度な解析による背景事象の除去開発も進め、物理探索感度をより高めるための研究開発を継続して進めていく。さらに、シミュレーションによる背景事象および検出性能、さらには、方向感度を持った暗黒物質探索における物理的な可能性を理論研究者らを巻き込んで進めていく。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ナポリ大学/グランサッソ研究所/ローマ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ナポリ大学/グランサッソ研究所/ローマ大学
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] METU(中東工科大学)(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      METU(中東工科大学)
  • [国際共同研究] JINR (ドゥブナ合同原子核研究所)(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      JINR (ドゥブナ合同原子核研究所)
  • [雑誌論文] 原子核乳剤による暗黒物質の検出―写真科学の知見と手法の適用―2016

    • 著者名/発表者名
      谷忠昭、中竜大
    • 雑誌名

      日本写真学会誌

      巻: 79 ページ: 2-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic neutron background of nuclear emulsions for directional Dark Matter searches2016

    • 著者名/発表者名
      A. Alexandrov et al. (T. Naka 27番目、アルファベット順)
    • 雑誌名

      Astroparticle Physics

      巻: 80 ページ: 16-21

    • DOI

      doi:10.1016/j.astropartphys.2016.03.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis system of submicron particle tracks in the fine-grained nuclear emulsion by a combination of hard x-ray and optical microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      T.Naka, T.Asada, M.Yoshimoto, T.Katsuragawa, Y.Suzuki, Y. Terada, A.Takeuchi, K.Uesugi, Y.Tawara, A.Umemoto and M.Kimura
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 86 ページ: 1-5

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4926350

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 暗黒物質方向探索における局在表面プラズモン共鳴現象を用いた飛跡解析手法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      梅本篤宏、中竜大、浅田貴志、桂川貴義
    • 雑誌名

      応用物理学会放射線分科会学会誌

      巻: 40 ページ: 225-230

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 暗黒物質探索実験のための地下環境の中性子測定2015

    • 著者名/発表者名
      吉本雅浩、中竜大、浅田貴志、待井翔吾
    • 雑誌名

      応用物理学会放射線分科会学会誌

      巻: 40 ページ: 231-235

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超微粒子原子核乾板による方向感度を持った暗黒物質探索実験と新技術2015

    • 著者名/発表者名
      中 竜大
    • 雑誌名

      日本写真学会誌

      巻: 78 ページ: 218-227

  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWS(3)~全体報告と今後の展望~2016

    • 著者名/発表者名
      中 竜大
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] エマルション暗黒物質探索実験NEWS(1) 超微粒子乳剤の低バックグラウンド化に向けた研究2016

    • 著者名/発表者名
      梅本篤宏
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] エマルション暗黒物質探索実験NEWS(2) 超微粒子乳剤の低バックグラウンド化に向けた研究2016

    • 著者名/発表者名
      木村充宏
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 原子核乾板を用いた環境高速中性子フラックス及び方向分布の測定2016

    • 著者名/発表者名
      待井翔吾
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 原子核乾板による環境高速中性子計測2016

    • 著者名/発表者名
      吉本雅浩
    • 学会等名
      第30回固体飛跡検出器研究会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-14
  • [学会発表] WIMP tracking with cryogenic nuclear emulsion2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Kimura
    • 学会等名
      VCI2015
    • 発表場所
      Vienna, Austria
    • 年月日
      2016-02-15 – 2016-02-19
    • 国際学会
  • [学会発表] 局在表面プラズモン共鳴を応用した原子核乾板における超解像飛跡解析2016

    • 著者名/発表者名
      梅本篤宏
    • 学会等名
      第13回プラズモニクスシンポジウム
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      2016-01-22 – 2016-01-22
  • [学会発表] 極低バックグラウンド超微粒子原子核乾板の開発~核阻止能によるフォノン励起を利用したアプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      古屋駿二
    • 学会等名
      画像関連学会連合会 第二回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2015-11-19 – 2015-11-20
  • [学会発表] 原子核乾板の本質的な分解能の限界の測定と解析への影響の評価2015

    • 著者名/発表者名
      浅田貴志
    • 学会等名
      画像関連学会連合会 第二回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2015-11-19 – 2015-11-20
  • [学会発表] エマルション暗黒物質探索実験(1)~現状と展望2015

    • 著者名/発表者名
      浅田貴志
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      大坂市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] エマルション暗黒物質探索実験(2)~電子バックグラウンド除去効率と飛跡検出効率の測定~2015

    • 著者名/発表者名
      桂川貴義
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] エマルション暗黒物質探索実験(3)~超微粒子乳剤の低温化による電子バックグラウンド除去の研究~2015

    • 著者名/発表者名
      木村充宏
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] The simulation about effects of micro construction in the nuclear emulsion2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Asada
    • 学会等名
      ICAI2015 The 1st International Conference on Advanced Imaging
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-17 – 2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] NEWS project ~Detector Technologies~2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Naka
    • 学会等名
      Invited seminar
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      2015-06-16 – 2015-06-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The performance and status of directional dark mattersearch with the nuclear emulsion2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Asada
    • 学会等名
      CYGNUS2015 5th Workshop on Directional Detection of Dark Matter
    • 発表場所
      Los Angeles, USA
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection efficiency and angular resolution ofdirectional dark matter search with the nuclear emulsion2015

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Katsuragawa
    • 学会等名
      CYGNUS2015 5th Workshop on Directional Detection of Dark Matter
    • 発表場所
      Los Angeles, USA
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Invention of super-resolution readout system usingplasmon of directional dark matter search withemulsion2015

    • 著者名/発表者名
      Atsuhiro Umemoto
    • 学会等名
      CYGNUS2015 5th Workshop on Directional Detection of Dark Matter
    • 発表場所
      Los Angeles, USA
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 方向感度をもつ暗黒物質探索の基礎研究2015

    • 著者名/発表者名
      中 竜大
    • 学会等名
      新学術領域研究会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2015-05-16 – 2015-05-17
  • [備考] 宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究

    • URL

      http://www.lowbg.org/ugnd/

  • [備考] 素粒子宇宙起源研究機構

    • URL

      http://www.kmi.nagoya-u.ac.jp/

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-02-16  

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