原子核乾板を用いた暗黒物質方向探索実験におけるプラズモン共鳴解析

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本年度は、超微粒子原子核乾板を用いた暗黒物質の方向探索実験NEWSdm（Nuclear Emulsion for WIMP Search directional measurement）として初となる地下での暗黒物質探索実験を行った。検出器は数グラムと小スケールで探索期間も38日と短いが、実際の実験場所であるグランサッソ研究所地下で、岩盤や宇宙線起因の背景事象を遮蔽するための40 cmのポリスチレンブロックと10 cmの鉛プレートによるシールドを構築し行った。さらに長期安定性向上のため-15度以下に設定したクーリング装置内に検出器を設置し、α線、およびγ線に対する結晶感度が設置前後で不変であり、検出器固有の熱ノイズであるフォグの増加が抑制されていることを示した。探索後の乾板はグランサッソ地下で現像を行い、実験が問題なく遂行できる環境整備も進めた。現在は設置した乾板の解析を進めており、結果をまとめている段階にある。まず解析フローを以下のように構築した。初段の解析として乾板全面をスキャンし楕円フィッティングによる光学像の形状解析によりシグナル候補を選出する。その後局在表面プラズモン共鳴を応用したスペクトル観察や偏光による超解像観察を行うことで、楕円解析で候補事象とされたものを詳細解析する。特にプラズモンによる超解像解析は、私が考案し原理実証をしたものであるが、本年度は同じコンセプトの新しい顕微鏡をイタリア・ナポリ大学に構築することで、解析速度を向上した。詳細解析の検出効率の評価を経て、実際の暗黒物質探索への結果出しにつなげていく予定であるが、Cf線源による反跳原子核（乾板を構成する炭素、窒素、酸素）の飛跡に関して、40度の角度分解能で線源方向の判定が可能であることは示せている（Geant4による予測と無矛盾）。