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2016 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, 現象解析研究センター, 特任助教 (00608888)

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

本研究は、独自開発した超微粒子原子核乾板を用いた世界で唯一の大質量化可能な報告感度を持つ暗黒物質探索実験を目指すものであり、現在、イタリア、ロシア、トルコらの研究者を巻き込んだ国際共同プロジェクトへと発展し、研究を推進している。
今年度は、特に、低バックグラウンド化を目指したデバイス改良と解析システムの実践投入を目指した開発がすすめられた。まず、低バックグラウンド化においては、デバイス内部のダスト混入が問題となったが、デバイス製造前のフィルタリングプロセスを確立させ、また、製造中のいくつかの混入源を特定することで、ダストレベルの3桁以上の除去に成功した。また、解析システムにおいても、開発段階からユーザーへ使用を拡大することができ、さまざま解析が可能な環境を構築することができ、より定量的なバックグラウンドの理解へとつながった。さらに、新たな解析法である局在表面プラズモン共鳴解析システムをナポリ大と共同で開発することができ、これについては実用化レベルに到達しつつある。
地下環境における最初のパイロット実験も進めることができ、イタリア・グランサッソ研究所のhallBの一角に実験環境を構築できることが承認され、そこに検出器設置環境を整備した。また、並行して、地下環境における環境バックグラウンドのシミュレーションを用いた推定も進め、より定量的なバックグラウンドの理解が行われた。これらの実験推進に向けたベンチマークとなる最初の検出器構造の標準化も行うことができ、デバイス製造から解析までの一連のプロセスの構築を行うことができた。

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

まず、独自の解析システムの実用化を果たしたことで、よい定量的な事象解析が進められるようになり、バックグラウンドの理解を進めることができ、さらにその主成分などを特定することができた。さらに、これまで開発を続けたきた新たな情報を用いたシステムも実用化させることができたことで、より高度な事象選別が可能となってきた。そして、最初の目標としていた、地下でのパイロットランが実現され、10g程度のテスト実験を行うことができた。
これらは、当初の計画に沿ったプロセスを踏むことができているという点で順調であると言える。ただし、開発要素として、背景事象の削減独力は今後も必要であり、引き続き研究開発が必要である。また、デバイス感度の較正と系統誤差に関してもより詳細な理解を進めて行くことが必要である。

今後の研究の推進方策

今年度末に、最初の地下でのテスト実験を進めることができ、その事象解析体制を構築しつつ、データを出していくことを目標としている。これは、数段階の事象選別を行うことで、段階的に事象選別能を向上させることを目指しており、それぞれの検出効率等の較正も行いながら進めていく。これは、日本側とイタリア側での役割分担さらにデータ共有体制の構築も進んでいるため、より効率的な解析体制を構築し、最初のテスト実験結果を出していく。
一方、バックグラウンド削減に向けた研究開発も引き続き必要であり、まず、現在のデバイス内部にある放射線以外のバックグラウンドのソースの特定、さらには、主要バックグランドである炭素14からの電子線の理解について、より系統的な評価体制を構築することで研究を進めていく。特に、デバイスの感度における温度依存性については、実際の実験では低温環境に設置することから、キャリブレーションシステムの構築を進めることが重要である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 謝辞記載あり 3件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ナポリ大学/グランサッソ国立研究所/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/グランサッソ国立研究所/ローマ大学
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] モスクワ州立大学/レベデフ物理研究所/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
      モスクワ州立大学/レベデフ物理研究所/ドゥブナ合同原子核研究所
  • [国際共同研究] 中東工科大学(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      中東工科大学
  • [雑誌論文] 光学顕微鏡とX線顕微鏡を利用した、原子核乾板上にトラックされたサブミクロン粒子飛跡 の検出2016

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

      日本光学会誌”光学”

      巻: 45 ページ: 355-357

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nuclear Emulsions for Dark Matter Detection2016

    • 著者名/発表者名
      T. Tani, T. Naka
    • 雑誌名

      Radiation Measurement

      巻: 95 ページ: 31-36

    • DOI

      doi: 10.1016/j.radmeas.2016.10.004

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Readout technologies for directional WIMP Dark Matter detection2016

    • 著者名/発表者名
      J.B.R. Battat et al., T. Naka (全93名中63番目)
    • 雑誌名

      Physics Reports Volume

      巻: 662 ページ: 1-46

    • DOI

      doi 10.1016/j.physrep.2016.10.001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験 NEWS(1)~解析速度とS/N向上のための光学システムの開発~2017

    • 著者名/発表者名
      梅本篤宏
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験 NEWS(2)~地下実験に向けた活動報告と課題~2017

    • 著者名/発表者名
      中竜大
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] NEWSdm2017

    • 著者名/発表者名
      中竜大
    • 学会等名
      ダークマター懇談会
    • 発表場所
      神戸大学梅田インテリジェントラボラトリ
    • 年月日
      2017-01-27 – 2017-01-28
  • [学会発表] Direction Sensitive Direct Dark Matter Search with Super-High Resolution Nuclear Emulsions2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Naka
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on “Quest for the Origin of Particles and the Universe” (KMI2017),
    • 発表場所
      Nagoya University, Japan
    • 年月日
      2017-01-05 – 2017-01-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超微粒子原子核乾板の原理的検出能力の直接測定」2016

    • 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3回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-18
  • [学会発表] 超微粒子原子核乾板における潜像退行等の特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      岡田晟那
    • 学会等名
      画像関連学会連合会第3回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-18
  • [学会発表] 超微粒子原子核乾板におけるプラズモン共鳴を用いた不純物識別2016

    • 著者名/発表者名
      梅本篤宏
    • 学会等名
      画像関連学会連合会第3回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-18
  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWS(3)~全体報告~2016

    • 著者名/発表者名
      中 竜大
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-24
  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWS(2)~解析段階における背景事象の理解~2016

    • 著者名/発表者名
      桂川貴義
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-24
  • [学会発表] The technical improvements on NEWS experimentJuly 18-22, 20162016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Asada
    • 学会等名
      IDM 2016
    • 発表場所
      Sheffield, UK
    • 年月日
      2016-07-18 – 2016-07-22
    • 国際学会
  • [学会発表] NEWS: Nuclear Emulsions for WIMP Search2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshimoto
    • 学会等名
      28th Rencontres de Blois on Particle Physics and Cosmology
    • 発表場所
      Blois, France
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会
  • [学会発表] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWS(1)~検出器応答を含む方向感度シミュレーション~2016

    • 著者名/発表者名
      浅田貴志
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-04-20 – 2016-04-24

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-01-31  

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