高感度アルゴン検出器による低質量暗黒物質の探索

使用高灵敏度氩探测器搜索低质量暗物质

• 批准号: 18J13018
• 负责人: 木村 眞人
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13018/
• 关键词: 暗黒物質; 液体アルゴン検出器; TPC; 素粒子実験; 放射線検出器; 暗黒物質探索; 放射線

令和元年度の研究として，(1) 液体アルゴン検出器の改良，(2) 低エネルギー背景事象の理解，の双方に取り組み，最高感度での低質量暗黒物質探索に必須な検出器の低エネルギー閾値化を進めた。前年度までに，光電子増倍管（PMT）を用いた検出器によって世界最高の液体アルゴン光検出効率を達成していた。これを受け本年度はより高い光検出効率を持つ光増倍管であるシリコン光検出器（SiPM）の導入を行い，検出効率を更に向上させた。小型の液体1相検出器による試験を行い，約25 p.e./keVの検出光量を確認した。これは従来の約2倍の値である。この成果によって，シンチレーション光波形の持つ強力な背景事象分離能力を活用した暗黒物質探索が現実的なものとなった。また，暗黒物質探索において最後まで残る背景事象である低エネルギー電子反跳事象および環境中性子事象について，それらに対する検出器応答や残存量を前年度末に取得したデータ解析から評価した。前者については，アルゴン中の放射性同位体37Arを含む多種多様なエネルギーを持つガンマ線源を用いたデータの取得を通じて検出器応答の包括的理解を得た（学術論文投稿済，現在査読中）。特に37Arは内部背景事象源であり，測定されたレートも背景事象量を評価する上で重要な情報である。また後者については，シールドおよびヴェト検出器によって宇宙線や環境ガンマ線を十分遮蔽した上で環境中性子事象を観測し，Geant4シミュレーションとの比較を通じて実験場所（早大構内の半地下実験室）における中性子フラックスを評価した。本年度までに得られた種々の背景事象に対する理解をもとにガンマ線および中性子シールドを構築し，小型高感度検出器を用いることで液体アルゴンを用いた低質量領域の暗黒物質を探索する予定である。

In the annual study of Ling and Yuan, (1) the liquid device has been improved, and (2) the background of the low temperature has been understanded. the highest sensitivity, low volume dark matter exploration must be used to improve the performance of the device. In the year before last year, the photovoltaic multiplier (PMT) device was used to achieve the highest output rate of liquid fuel in the world. In the current year, the output rate is higher than that of the current year, and the output rate is higher than that of the SiPM. Small liquid 1-phase exchanger, which is about 25 p.e./keV, is used to confirm the output of light. The price is about twice as high as that. The results show that the light waveforms hold the ability to separate background events with the ability to use dark objects to explore the dark objects. In the end of the year before the end of the year. In the former, there are many kinds of radioisotope 37Ar in the microwave environment, which can be used to obtain information on the understanding included in the response (academic papers, which are now under discussion). Special 37Ar internal background information source, measure the amount of background events, determine the important information on the background. In the latter part of the system, the device is used to detect the impact of the environment on the universe. The environment is very sensitive to the environment, and the Geant4 environment is much better than that of the general information center (the semi-basement room in the building). This year, a variety of background events have been achieved, such as the understanding that the neutrals of the small-scale high-sensitivity device are used in the field of low-volume exploration of dark objects in the field of low volume.

项目成果

Low Energy Response on Nuclear- and Electronic Recoils in Liquid Argon Detector for WIMP Search

用于 WIMP 搜索的液氩探测器中核和电子反冲的低能响应

• 发表时间: 2019
• 作者: Masato Kimura;Kazutaka Aoyama;Tomomasa Takeda;Masashi Tanaka;Kohei Yorita;木村眞人
• 通讯作者: 木村眞人

Measurement of the scintillation efficiency for low energy nuclear- and electronic-recoils in liquid argon detector for WIMP search

用于 WIMP 搜索的液氩探测器中低能核和电子反冲闪烁效率的测量

• DOI: 10.1088/1742-6596/1468/1/012055
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Huang Jing;Tan Baolin;Masuda Satoshi;Cheng Xin;Kumar Bisoi Susanta;Melnikov Victor;Kimura Masato
• 通讯作者: Kimura Masato

ANKOK実験33：³⁷Ar事象等を利用した低エネルギー電子反跳事象の発光特性

ANKOK实验33：利用³⁷Ar事件等的低能电子反冲事件的发光特性。

• 发表时间: 2019
• 作者: Masato Kimura;Kazutaka Aoyama;Tomomasa Takeda;Masashi Tanaka;Kohei Yorita;木村眞人;Masato Kimura;Masato Kimura;木村眞人
• 通讯作者: 木村眞人

気液2相型アルゴン光検出器の研究開発

气液两相氩光电探测器的研制

• 发表时间: 2019
• 作者: 増田智;ICCON;木村眞人;Kosuke Tsuruda，Kyoko Watanabe，Satoshi Masuda，Sam Krucker;木村眞人
• 通讯作者: 木村眞人

液体アルゴンによる軽い宇宙暗黒物質探索

使用液氩探索光宇宙暗物质

• 发表时间: 2018
• 作者: Li Shanghuo;Sanhueza Patricio;Lee Chang Won;Zhang Qizhou;Beuther Henrik;Palau Aina;Liu Hong-Li;Smith Howard A.;Liu Hauyu Baobab;Jimenez-Serra Izaskun;Kim Kee-Tae;Feng Siyi;Liu Tie;Wang Junzhi;Li Di;Qiu Keping;Lu Xing;Girart Josep Miquel;Wang Ke;Li Fei;Li ;Kyoko Watanabe，Kosuke Tsuruda，Satoshi Masuda，Sam Krucker;木村眞人
• 通讯作者: 木村眞人