| 研究課題/領域番号 |
18H03697
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
森山 茂栄 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50313044)
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| 研究分担者 |
山下 雅樹 東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (10504574)
伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ダークマター / 暗黒物質 / 液体キセノン / 純化 / ラドン / 低バックグラウンド |
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| 研究実績の概要 |
ダークマター(DM)は、宇宙の観測から存在は確実なものであり、未知の素粒子としてその探索が続けられてきた。その謎を突き止めるため、実験規模を大きくし感度を高める競争が進行中である。本研究では、イタリアGran Sasso研究所に於ける国際共同研究XENONnT実験に参加し、建設・実験の遂行、データ解析を通じDMの発見を目指す。
直接探索実験の目標感度到達のためには、本研究による液体キセノンの純化による感度向上が重要となる。液体キセノン中の電気陰性度の高い不純物(酸素など)によって、ドリフトされる電子が捕獲されて十分な強度の信号が得られないことがある。これまでは液体キセノンをガス化して純化してきたが、検出器が大型になったためスピードが不足する段階に到達している。そこで本研究の新たな試み(独創性)は、ガスキセノンと液体キセノンではその体積比が500:1ほどになることに注目し、液体から直接酸素等の電気陰性度の高い不純物を低減するフィルターの評価・製作を行い、格段に純化のスピードを上げる点である。加えて、検出器の性能を正しく理解するためには、不純物濃度を常時測定する純度モニターが必須である。
本研究では、フィルターの評価・製作についてコロンビア大学のメンバーと共同研究し研究を進め、現地設置に貢献してきた。また、純度モニターは、日本メンバーの責任において日本国内でのテスト実験の遂行、本番用のモニターの設計、製作、試験を成功裏に進めてきた。さらにイタリア地下実験施設に本番用の純度モニターの設置も完了した。純度モニターの詳細は修士論文としてまとめられ、今後の実験開始への準備が整った。日本グループ独自のフィルターの開発も進められ、本番でも使用することが計画されている。
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| 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
2018年に液体キセノンポンプの導入が遅延したがその後の順化装置の導入やモニター導入は順調に進展した。一方、本研究の目標である暗黒物質の探索については、2020年度にデータ収集が予定されており、探索目標が達成されると見込めるため。ラドン低減については、共同研究者であるミュンスターグループがラドン低減のための蒸留塔を製作しており、その導入に協力し実現する方針で進めることができるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
コロナの影響があり一時実験現地イタリアへのアクセスが制限されているものの、状況が改善し準備が完了次第液体キセノンの順化を継続的に行い高感度な検出器の運転とデータ収集を行う。そのデータにより、暗黒物質の初期探索結果を出す予定である。
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