Study of new physics with electron-recoil events in the XENONnt and further breakthrough with a hermetic liquid xenon TPC

研究 XENONnt 中电子反冲事件的新物理学，并通过密封液态氙 TPC 取得进一步突破

• 批准号: 21H04466
• 负责人: 伊藤 好孝
• 金额: $ 26.87万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04466/
• 关键词: 暗黒物質; 液体キセノン検出器; 地下実験; アクシオン; 太陽ニュートリノ; 液体キセノン; 地下宇宙線実験; 非加速器素粒子物理学; 宇宙線; TPC検出器; 非加速器素粒子実験; 素粒子

本年度はXENONnT実験の初期成果２件を公表し、暗黒物質探索について大きな進展があった。前身のXENON1T実験が2020年に報告した低エネルギー電子反跳事象の超過について、 XENONnT実験での初期データSR0による検証を行った。内部ラドン由来の電子反跳バックグランドをXENON1T実験の1/5に削減することに成功し、約１トン年の観測データを用いた結果、XENON1T実験が示唆した電子反跳事象の超過を否定する結果を得、アクシオンなど新物理に対する強い制限を得た。この結果は本年度7月にXENONnTからの初めての物理成果としてプレスリリースされた。さらにSR0データでの、原子核反跳による重い暗黒物質探索を行ったが、有意な証拠は見られなかった。背景事象削減の効果により、XENON1T実験と同程度の統計量ながら感度を1.7倍改善し、暗黒物質と核子とのスピン非依存型散乱断面積の90%上限値として2.58x10**-47cm**2を得た。この結果について本年度３月プレスリリースを行なった。密閉型TPCの開発としては、石英フランジ容器を使わず、テフロン円筒と光電子増倍管ガラスの熱膨張率の違いを利用し、低温で密閉する方式をドイツ・フライブルグ大が開発しており、共同で密閉型TPCの開発を進める事になった。この共同研究を軸とした暗黒物質国際創生ユニットが名大学内の最先端国際研究ユニットとして採択され、９月より活動を開始した。一方、石英導電薄膜コーティング電極開発に向けて、プラチナ、ステンレス、フッ化マグネシウムの素材について、真空紫外光に対する量子効率測定を、真空、気体・ガスキセノンの３雰囲気中で、強電場を印加しながら行なった。その結果、フッ化マグネシウムが最も低い量子効率を持ち、キセノンシンチ光自身が原因の背景光電子放出を抑える部材として有力である事がわかった。

This year, the initial achievements of the <s:1> XENONnT experiment are as follows: を public table を, exploration of dark matter に, て て, major <s:1> な progress があった. Predecessor の XENON1T be 験 が に report 2020 し た low エ ネ ル ギ ー electronic bounce things like の than に つ い て, XENONnT be 験 で の early デ ー タ SR0 に よ る 検 line card を っ た. Internal ラ ド ン origin の electronic bounce バ ッ ク グ ラ ン ド を XENON1T be 験 の 1/5 に cut す る こ と に し success, about 1 ト ン years の 観 measuring デ ー タ を with い た results, XENON1T be 験 が in stopping し た electronic bounce things like の than を negative す る results, ア を ク シ オ ン な ど new physical に す seaborne る strong limitations い を た. The <s:1> <s:1> results of the in July of this year: にXENONnT と ら めて initial めて physical achievements と スされた てプレスリリ スされた スされた スされた スされた スされた スされた of this year. さ ら に SR0 デ ー タ で の, nucleus bounce に よ る double い dark black line material to explore を っ た が, intentionally な 拠 は see ら れ な か っ た. Background things like cutting の unseen fruit に よ り, XENON1T be 験 と の statistics the same extent な が を 1.7 times improve し ら sensitivity and dark black material と nuclear と の ス ピ ン not dependent type scattered broken area の 90% ceiling numerical と し て 2.58 x10-47 cm * * * * 2 を た. The <s:1> result is に に て て て for march of this year プレスリリ スを スを for なった. Closed type TPC の open 発 と し て は, quartz フ ラ ン ジ container を make わ ず, テ フ ロ ン has drifted back towards &yen; tube と photoelectron raised times pipe ガ ラ ス の thermal expansion rate の violations い を using し, low temperature hermetic で す る way を ド イ ツ · フ ラ イ ブ ル グ big が open 発 し て お り, common で closed type TPC の open 発 を into め る matter に な っ た. こ の joint research を shaft と し た dark black material international creation ユ ニ ッ ト が の within the university's most apex international research ユ ニ ッ ト と し て mining 択 さ れ, September よ り を begin し た. Party, quartz conductive films コ ー テ ィ ン グ electrode open 発 に to け て, プ ラ チ ナ, ス テ ン レ ス, フ ッ change マ グ ネ シ ウ ム の material に つ い て, vacuum ultraviolet に す seaborne る quantum sharper rate determination を, vacuum, 気 ガ ス キ セ ノ ン の 3 雰 囲 気 を で, strong electric field in the Inca し な が ら line な っ た. そ の results, フ ッ change マ グ ネ シ ウ ム が most も quantum を hold ち working rate, low い キ セ ノ ン シ ン チ light itself が causes の background photoelectron release を え suppression る department material と し て powerful で あ る matter が わ か っ た.

项目成果

XENONnT実験：初期データを用いた暗黒物質探索結果の報告

XENONnT 实验：使用初始数据报告暗物质搜索结果

• 发表时间: 2023
• 作者: 川上竜平;岡博文;加藤剛臣;猿田康朗;中山耕輔;菅原克明;相馬清吾;北村志歩;堀場弘司;組頭広志;高橋隆;福村知昭;佐藤宇史;Ming GUAN;Satoshi Hamaguchi;風間慎吾
• 通讯作者: 風間慎吾

Direct Dark Matter Search with XENON

使用 XENON 直接搜索暗物质

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Kondo;T. Tsutsumi;K. Ishikawa;M. Sekine;and M. Hori;風間慎吾
• 通讯作者: 風間慎吾

XENONnT：低エネルギー電子反跳バックグラウンドの理解に向けた環境中トリチウムの計測

XENONnT：测量环境中的氚以了解低能电子反冲背景

• 发表时间: 2022
• 作者: 小田美由紀;他;小林雅俊
• 通讯作者: 小林雅俊

DARWIN実験のための密閉型液体キセノンTPCの開発

用于达尔文实验的密封液氙TPC的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村友亮;他;風間慎吾
• 通讯作者: 風間慎吾

XENONnT実験：XENON実験全体の現状報告

XENONnT实验：报告整个XENON实验的当前状态

• 发表时间: 2021
• 作者: S.Acharya;K.Shigaki;S.Yano;et al.;Tadashi Takayanagi;小林雅俊
• 通讯作者: 小林雅俊