Search for dark matter in unexplored regions with directional sensitivity using super-fine-grained nuclear emulsion

使用超细粒度核乳剂以方向灵敏度搜索未探索区域中的暗物质

• 批准号: 22KJ3234
• 负责人: 白石 卓也
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Toho University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3234/
• 关键词: 暗黒物質; 原子核乾板; 中性子; ナノ粒子発光

超微粒子原子核乾板による100keV以上の反跳陽子トラッキングを用いたBoosted WIMP探索および中性子測定のために、まず光学顕微鏡自動解析システムの高速化を行った。高速撮像カメラの導入、画像処理時のGPUの有効活用、対物レンズの低倍率化等を行うことで、一台当たり年間30gだった解析速度を年間500gまで向上させた。また、3次元トラッキングアルゴリズムの改良を行い、飛程や角度の自動測定精度を向上させた。このシステムを用い、産総研・中性子標準場施設で3H(p n)3He反応から放出される880 keV単色中性子を照射したサンプルを解析した。検出された反跳陽子の運動学的パラメータはシミュレーションによる予測と極めてよく一致し、sub-MeV帯においてもかなり詳細な中性子の情報が得られることを示した。次に、イタリア・グランサッソ研究所地上施設において環境中性子測定を実施した。sub-MeV帯中性子信号として陽子弾性散乱のみ解析を行い、μ粒子による大気での中性子生成モデル（PARMAモデル）と無矛盾なフラックスおよびスペクトル・方向分布の測定結果が得られた。以上の結果をPhysical Review Cへ投稿し、現在はグランサッソ地下での中性子スペクトル測定を推進している。また、もう一つの目的である乾板中のAgBr:I結晶の発光の研究については、WIMPの疑似信号として低速イオンによる発光の基礎研究を行うために、神奈川大学のイオン注入装置を用いた測定系の開発を行った。独自設計したチャンバーを新規導入し、光電子増倍管と分光器による高感度スペクトル測定、照射位置を変えるための2軸駆動系付きイオンマスク、ドーズ量モニターなどの開発を行った。今後、MPPCをチャンバー内に導入し、光電子増倍管とのコインシデンスをとることで、イオン照射時の発光特性をさらに精密に調べていく予定である。

Ultrafine particle nuclear plate with 100keV or more anti-jump electron beam detection system using Boosted WIMP to explore the intermediate particle detection system, optical microscope automatic analysis system to speed up High speed image acquisition, image processing, GPU utilization, object processing, low magnification, etc. The accuracy of automatic determination of flight angle is improved. The 3H (p n) 3He radiation emitted from the neutral ion beam of 880 keV was analyzed. The kinematics of the anti-jump particles are measured in accordance with the results of the sub-test and the detailed information of the particles. In addition, the environmental neutrality test was carried out in the research institute. Sub-MeV band neutral sub-signal and particle dispersion analysis, μ particle generation and non-contradictory measurement results were obtained. The above results have been submitted to the Physical Review C. Now, we are going to advance the determination of neutral particles in the underground. Research on the light emission of AgBr:I crystals in dry plates, basic research on the light emission of suspected signals in WIMP, development of the light injection system in Kanagawa University Independent design of new regulations, photoelectric multiplier tube, spectroscope, high sensitivity measurement, irradiation position, two-axis dynamic system, development of new regulations In the future, MPPC will be introduced into the interior, and the emission characteristics of the photomultiplier tube will be precisely adjusted.

项目成果

グランサッソ研究所/ナポリ大学/ローマ大学(イタリア)

格兰萨索研究所/那不勒斯大学/罗马大学（意大利）

Environmental Sub-MeV Neutron Measurement in Gran Sasso with Ultra Fine-grained Nuclear Emulsion

使用超细粒核乳剂在格兰萨索进行环境亚兆伏中子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. Rosa;小林龍太;G. De Lellis;佐藤修;久下謙一;他NEWSdmコラボレーション;T. Shiraishi
• 通讯作者: T. Shiraishi

Environmental sub-MeV neutron measurement at the Gran Sasso surface laboratory with a super-fine-grained nuclear emulsion detector

使用超细粒度核乳剂探测器在格兰萨索表面实验室进行环境亚兆伏中子测量

• DOI: 10.1103/physrevc.107.014608
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review C
• 影响因子: 3.1
• 作者: Shiraishi T.;Akamatsu S.;Naka T.;Asada T.;De Lellis G.;Tioukov V.;Rosa G.;Kobayashi R.;D'Ambrosio N.;Alexandrov A.;Sato O.
• 通讯作者: Sato O.

グランサッソ研究所での超微粒子原子核乾板を用いた環境中性子スペクトル測定

格兰萨索研究所使用超细颗粒核乳胶板进行环境中谱测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. De Lellis;G. Rosa;小林龍太;佐伯加奈;陳夏姫;ダウディ由莉香;N. D'Ambrosio;A. Alexandrov;佐藤修;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション

超微粒子原子核乾板を用いたグランサッソでの環境中性子測定

使用超细核乳剂板在格兰萨索进行环境中子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. Rosa;小林龍太;G. De Lellis;佐藤修;久下謙一;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション