大型液体キセノン検出器XENONnTを用いた暗黒物質の直接探索

本研究では、宇宙に存在する未知の質量である暗黒物質の直接的な発見を目的とする。報告者はその達成のため、イタリア・グランサッソ研究所で行われる大型キセノン検出器を用いた暗黒物質の直接探索実験XENONnTに参加し、本年度は主としてXENONnT検出器のデータ解析に取り組んだ。XENONnT実験では2021年7月から12月にかけて取得した初期観測データを用いた低エネルギー電子反跳事象に関するデータ解析の結果が本年度7月に発表しており、報告者はそのうち主としてキセノン中の不純物濃度の継時変化による、信号減衰量の推定などに取り組むことでシミュレーションの改善とエネルギー分解能の向上に貢献した。本結果では、前身のXENON1T実験におけるバックグラウンド信号を1/5まで低減することに成功し、同実験で報告された低エネルギー部における超過事象を検証した。データ解析の結果、XENONnT実験では同様の超過が観測されなかったことから、太陽アクシオン、ニュートリノの異常磁気モーメント、ダークフォトンなどの新物理や電子と弱く結合する暗黒物質モデルに関して世界で最も強い制限を与えることに成功し、PRL誌に論文として発表した。本結果から、XENON1T実験における超過は当時も議論されていた微量トリチウムによる影響と考えられている。また、同データを用いたWIMP暗黒物質に関する解析結果も本年度3月に発表しており、WIMPの兆候は観測されなかったもののXENON1T実験による制限値を更新することに成功している。WIMP解析に関する結果は、現在論文として投稿準備中となっている。

本研究では、宇宙に存在する未知の質量である暗黒物質の直接的な発見を目的とする。報告者はその達成のため、イタリア・グランサッソ研究所で行われる大型キセノン検出器を用いた暗黒物質の直接探索実験XENONnTに参加し、本年度は主としてXENONnT検出器のデータ解析に取り組んだ。XENONnT実験では2021年7月から12月にかけて取得した初期観測データを用いた低エネルギー電子反跳事象に関するデータ解析の結果が本年度7月に発表しており、報告者はそのうち主としてキセノン中の不純物濃度の継時変化による、信号減衰量の推定などに取り組むことでシミュレーションの改善とエネルギー分解能の向上に貢献した。本結果では、前身のXENON1T実験におけるバックグラウンド信号を1/5まで低減することに成功し、同実験で報告された低エネルギー部における超過事象を検証した。データ解析の結果、XENONnT実験では同様の超過が観測されなかったことから、太陽アクシオン、ニュートリノの異常磁気モーメント、ダークフォトンなどの新物理や電子と弱く結合する暗黒物質モデルに関して世界で最も強い制限を与えることに成功し、PRL誌に論文として発表した。本結果から、XENON1T実験における超過は当時も議論されていた微量トリチウムによる影響と考えられている。また、同データを用いたWIMP暗黒物質に関する解析結果も本年度3月に発表しており、WIMPの兆候は観測されなかったもののXENON1T実験による制限値を更新することに成功している。WIMP解析に関する結果は、現在論文として投稿準備中となっている。