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B02 低バックグラウンド技術を応用した方向感度をもつ暗黒物質探索の基礎研究 

研究目的 

 本研究では、方向に感度を持つ暗黒物質研究の為の低バックグラウンド(BG)化による基礎研 究を総合的に行います。ガスを用いた高精度な手法(B02-1、B02-2)、相補的である原子核乾板を 使用した大質量検出器の開発(B02-3)を合わせて研究を進めることで国内技術を結集、当該分野 で世界をリードしてゆきます。
 方向に感度 を持つ暗黒物質探索実験は、その有用性は認識されながらも、技術的困難さから 実現されておりません。NEWAGE(B02-1)は日本独自の技術、マイクロピクセルチェンバーを 初めて暗黒物質探索実験に応用することで、世界に先駆けて当該分野を切り拓き、唯一の制限 を与えています。最先端の技術を用いて開始した研究であるため、これまで原理実証を最優先し、 現在「低バックグラウンド実験」への発展段階です。
  本研究はB02-1 を軸として行い、領域内D 班の低BG 技術を合わせて装置の低BG 化を進め、 期間内に一桁以上の感度向上、さらには暗黒物質の発見が示唆されている領域の探索への具体 的な方針を示すことを目標とします。また、将来計画への基礎研究として、スピンに依存しない核子を用いた実験 の検討(B02-2)、大質量検出器による方向に感度を持つ探索の検討(B02-3)などの基礎研究も進 めます。暗黒物質探索の感度として先行するB01 班との連携を密にとり、B01 班で何かしらの兆 候を得られたときにはそのパラメータ探索に向けて装置開発の方向性を最適化、日本発の研究 での1・2 フィニッシュを達成する体制を整えます。

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研究計画 

本研究は、低BG のμ-PIC 製作(B02-1)とスピンに依存しない暗 黒物質探索実験(B02-2)・乳剤を使用した大質量検出器の開発(B02-3)を合わせて行い、方向に 感度を持った暗黒物質探索を将来目標します。実績のあるB02-1 を軸として推進、スピンに依 存しない暗黒物質探索実験(B02-2)との装置の共用、低バックグラウンド・角度分解能評価の評価などでB02-3 と協力、一体として研究を進めます。
 B02-1 およびB02-3 は、これまで方向に感度を持つ暗黒物質探索の原理実証を進めてきました。 B02-1 は地下実験室での暗黒物質探索も開始しており、装置内部のバックグラウンドが感度を 制限している段階にあります。本新学術領域の計画研究で、原理実証から低BG 実験へとフェーズ を進め、暗黒物質の発見が示唆されている領域探索への具体的な方針を示すことを目指します。B02-1 および B02-3 は、①既存装置のバックグラウンド源の同定及び定量化 ②低バックグラウンド材料の 選択と試作機製作 ③試作機の動作試験・性能評価、フィードバックをかけて④実機の製作 ⑤暗黒物質探索実験 という順で開発を進める。新学術領域として①、②の部分がD 班、③~ ⑤はB01班と各種リソースを共有して研究を進める大きな意義があります。
  B02-1 は検出器に使用するガスの性質上、これまでに実績のあるスピンに依存した暗黒物質 探索を進めますが、一方でスピンに依存しない暗黒物質探索も重要です。このために、大型化 の観点からこれまで積極的には使用してこなかったアルゴンガス等を用いた研究をB02-2 で行います。 B02-3 では原子核乾板に用いる乳剤の低バックグラウンド化を行い、ガスを用いた手法の弱点となる、大質量測定が必要な観測に向けての基礎開発を行います。


メンバー

  • 研究代表者:
    – 身内 賢太朗(神戸大学 理学研究科)
  • 研究分担者:
    – 中 竜大(名古屋大学 KMI/高等研究院)
  • 研究分担者:
    – 田中 雅士(早稲田大学 理工学術院)

研究会

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