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

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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。