Migdal effect observation with position-sensitive gaseous detectors

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暗黒物質の直接探索実験は、2相式液体キセノンを用いた大質量検出器が数10GeV以上の質量で制限を更新してきた。さらに2019年には、「ミダル効果」を用いることで、1GeV程度の低質量暗黒物質まで探索感度を伸ばした。ここで、ミグダル効果は理論的に計算されているが、実験的には未観測の現象である。つまり、今後キセノン検出器で低質量暗黒物質の探索、場合によっては発見の主張を行うためには、ミグダル効果の実証が必要不可欠となる。我々は独自の技術に基づく位置有感ガス検出器「マイクロTPC」を用いることで、ミグダル効果に特徴的な空間的情報を検出可能であることを考案 、中性子照射実験によってミグダル効果の観測について具体的なバックグラウンドを考慮した計算を行った。本提案では、この計算に基づいて、ミグダル効果の初観測を目指す。ミグダル効果を観測するために、30cm角の位置有感ガス検出器「マイクロTPC」が必要である。2022年度には、30cm角実機の製作準備として30cm角のuPICを製作した。製作した30cm角のマイクロTPCを使って産業技術総合研究所の中性子ビームを用いた試験を行い、ビーム環境下での検出器動作、原子核反跳の検出能力を評価した。同時に、分担者の中村を中心として、シンチレータによるビーム環境下の物質起源のバックグラウンド(BG)測定を行った。これら結果を活かして、2023年度にマイクロTPCの改良を行い、ミグダル効果観測に向けた中性子ビーム試験を行う。XENON実験では、分担者の風間を中心として、XENONnT実験での暗黒物質探索をすすめ暗黒物質探索についての最初の結果を発表した。分担者の伊部はミグダル効果を含んだ各種暗黒物質理論を進めた。