原子核反跳による宇宙暗黒物質の直接探索

利用核反冲直接寻找宇宙暗物质

• 批准号: 02J04485
• 负责人: 吉田 斉
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J04485/
• 关键词: 暗黒物質; WIMPs; ニュートリノ; CaF_2シンチレータ; 原子核反跳; 低バックグラウンド; 地下実験室; 二重ベータ崩壊; 地下実験; CaF_2シンチレーター

宇宙の構成物質の大部分は光を放出しない暗黒物質で構成されていることが、近年の観測から確実視されており、その暗黒物質の候補としてWIMPs(Weakly Interacting Massive Particles)が有力視されている。本研究では、フッ化カルシウムシンチレーション検出器(以下CaF_2検出器)を使用し、検出器中の^<19>Fと暗黒物質の弾性散乱による反跳エネルギーの検出を通して探索を行うことを目的としている。一般的にシンチレーションを利用する場合、ガンマ線などで較正した電子換算エネルギーと原子核による反跳エネルギーの間には消光係数を介した関係があり、実際に観測される反跳エネルギーを知るためには消光係数を測定することが不可欠である。今年度の研究では、暗黒物質と^<19>F原子核の散乱による反跳エネルギーを較正するため、単色中性子ビームを使用して^<19>F原子核のCaF_2検出器中での消光係数を測定した。検出器は、発光材で活性化していないCaF_2検出器(以下CaF_2(pure))を使用し、反跳エネルギー100keV(実際にWIMPsとの散乱で得られる反跳エネルギーの領域)付近で14%程度であり、エネルギーが減少するに従って大きくなることがわかった。この結果は一般的に使用されるユーロピウム活性化CaF_2検出器(CaF_2(Eu))と同程度の値である。これによりCaF_2(pure)検出器が暗黒物質直接探索において有力な検出器であることを証明することに成功した。また、暗黒物質探索においてはバックグラウンドとなるガンマ線と原子核反跳の事象の弁別能力の向上が、バックグラウンドの低減化を実現し、感度の向上に直接結びつく。重イオンビームならび大強度ガンマ線源を利用してCaF_2(pure)シンチレーション検出器の発光波長の粒子依存性を調べ、粒子によって発光波長に大きな違いがあることを確かめた。

Most of the constituent matter of the universe emits light and dark matter, and recent measurements have confirmed that it is possible to detect dark matter and dark matter candidates. WIMPs(Weakly Interacting Massive Particles) are strongly observed. In this study, the detection of dark matter in the detector (CaF_2 detector) was investigated by using CaF_2 <19>detector. General conditions for the use of electronic conversion and atomic nucleus, the relationship between the extinction coefficient and the bounce coefficient, and the measurement of the extinction coefficient. This year's research is to determine <19><19>the extinction coefficient in the CaF_2 detector of dark matter and F nuclei. The detector is used to activate the light emitting material CaF_2 detector (hereinafter CaF_2(pure)), and the bounce rate is 100keV(in fact, the scattering of WIMPs is obtained in the bounce rate field). The results showed that the activation of CaF_2(Eu) was similar to that of CaF_2(Eu). The CaF_2(pure) detector is a powerful detector for direct exploration of dark matter. Dark matter exploration, dark matter exploration, dark matter By utilizing the heavy-duty on-line source with too high intensity, the particle dependence of the emitted light wavelength of the CaF_2(pure) silicon detector can be adjusted, and the particle can be accurately determined by the large deviation of the emitted light wavelength.

项目成果

S.Yoshida et al.: "Search for Annual Modulation of WIMPs with the Large NaI(Tl) Scintillators of ELEGANT V"RCNP Annual Report 2001. 40-41 (2002)

S.Yoshida 等人：“利用 ELEGANT V 的大型 NaI(Tl) 闪烁体寻找 WIMP 的年度调制”RCNP 年度报告 2001. 40-41 (2002)

S.Yoshida et al.: "Natural Radioactivities in Materials Used for Low Background Detectors"OULNS Annual Report 2001. 1-3 (2002)

S.Yoshida 等人：“用于低本底探测器的材料中的天然放射性”OULNS 年度报告 2001. 1-3 (2002)

P.Doe et al.: "Neutrino Studies in ^<100>Mo and MOON-Mo Observatory of Neutrinos"Nuclear Physics. A721. 517c-520c (2003)

P.Doe 等人：“^<100>Mo 和 MOON-Mo 中微子观测站的中微子研究”核物理。

K.Ichihara et al.: "Highly Sensitive Measurements of Alpha-rays in NaI(TI) scintillator by Pulse Shape Discrimination with Charge-Sensitive ADC"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A515. 651-656 (2003)

K.Ichihara 等人：“通过电荷敏感 ADC 的脉冲形状辨别对 NaI(TI) 闪烁体中的 α 射线进行高灵敏度测量”物理研究中的核仪器和方法。

S.Yoshida et al.: "Search for WIMPs with NaI(TI) Detectors at Oto Cosmo Observatory"Nuclear Physics. A721. 1056c-1059c (2003)

S.Yoshida 等人：“在 Oto Cosmo 天文台用 NaI(TI) 探测器搜索 WIMP”核物理。