新規の液体アルゴン検出器による暗黒物質探索

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研究結果概要は以下の通りである。1、アルゴン(Ar)の純化及び低温システム:Arと暗黒物質有力候補のWIMPとの反応の信号は、不純物の存在により減衰するために高純度の達成が必須である。検出器部分のチェンバを~1×10^<-4>Paまで真空引きを行い、商用Arガスを脱水・脱酸素フィルタを使用することにより始めの約千分の一に抑えることに成功。Arの液化及び維持はチェンバ外の液体Arにより行った。2、光検出の効率化:WIMP探索を行うためには反応位置決定が重要となり、細分化した光検出が必要となる。そのような候補として、1mm角の光検出器である浜松ホトニクス社製MPPCの低温化での動作確認を行った。またクラレ社による特注の波長変換ファイバ(TPBを3%混入)により128nmのシンチレーション光検出に成功した。これらを適切に配置することにより反応位置決定が可能になる。3、光検出シミュレーション:反応位置決定のための光検出器の最適な配置を調べるために放射線反応シミュレータGEANT4による光検出のシミュレーションを行った。4、気液2相型による電離電子信号増幅:ArとWIMPの反応による微弱な電離電子信号を検出するためには電離電子信号を増幅することが重要となる。液体Ar中での電離電子を電場により気相に取り出し、高電場によってArを励起させることにより、光として電離電子信号を増幅し読み出すことに成功した。5、気液2相型によるγ線/中性子線分離:WIMP探索においてはγ線が重要なバックグラウンドとなる。γ線と中性子線(WIMPと同様の反応)ではシンチレーション光と電離電子信号の比が異なる。実際にγ線源と中性子線源を利用して、励起による信号と電離による信号の違いを観測することに成功した。海外機関移転のために初年度で終了になってしまったが、研究助成の援助により当該年度の研究目標はほぼ達成できた。