大型キセノン検出器を用いた暗黒物質の世界最高感度探索

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J20429
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 加藤 伸行 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 暗黒物質 / 直接探索 / キセノン

研究実績の概要

本年度はまず、開発してきたキセノン純化システムを引き続き運用してXENONnTの電子寿命（純度指標）を10ミリ秒を超えるところまで上げることができた。これは過去の実験であるXENON1Tが1ミリ秒にに届かない程度であったこと、XENONnTがXENON1Tの約３倍のキセノン量を持つことからも驚異的な結果である。この電子寿命はXENONnT実験にとっては十分に長いものであり、このような最高のキセノンの状態のままXENONnTの物理観測を開始することができた。懸念であったラドンレートも、新しい純化装置からの寄与は小さく、全体のラドンレートについて世界で一番低い値を達成した。また、同じく運用を続けていた純度モニターはただ純度を測定しているだけでなく、いくつかのオペレーション上の重要な意思決定を行う上で非常に有益なデータを提供し、XENONnT実験の物理観測開始に大きく寄与した。
本年度中についに物理観測が開始したことから、そこから出てくるデータの解析も精力的に行なった。特に、実験の最重要パラメータである電子寿命については、初期から開発をおこなっていた純度モニターとXENONnT実験装置自身から出てくるものどちらも利用して解析をした。これは二相式キセノンTIme Projection Chamber中でドリフト電子が酸素等電気陰性度の高い不純物によって捕獲され減衰する効果を補正するもので、実験の基本原理に深く関連することからほぼ全ての解析で使用される。本年度中にXENONnT実験の初期データを用いた物理結果の公表にまでは至らなかったが、解析は進行中であり近いうちに公表されることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] コロンビア大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロンビア大学
• [国際共同研究] グランサッソ国立研究所(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: グランサッソ国立研究所
• [雑誌論文] 222Rn emanation measurements for the XENON1T experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini, M. Alfonsi, L. Althueser, F. D. Amaro, V. C. Antochi, E. Angelino, J. R. Angevaare, F. Arneodo, D. Barge, L. Baudis, B. Bauermeister, L. Bellagamba, M. L. Benabderrahmane, T. Berger, P. A. Breur, A. Brown, E. Brown, ..., N.Kato, et al.
  • 雑誌名: The European Physical Journal C 巻: 81 ページ: 337
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-020-08777-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著