計画研究D01の概要を報告する

PICOLONグループは多様な純度向上方法を組み合わせて素粒子原子核の稀事象探索に使用する検出器材料を高純度化している。 今回はフッ化カルシウムの純度向上に向けた現状と展望について紹介する。

原⼦核の電荷密度分布に関する情報を引き出すためのミュオン原⼦X線分光実験を計画している。 3d-2p遷移の約157keVのX線を精密に測定するために、超伝導転移端センサ(TES)検出器を⽤いる予定である。 本講演では、複数のγ線標準線源を⽤いたTES検出器のエネルギー校正について発表する。

PIKACHU（Pure Inorganic scintillator experiment in KAmioka for CHallenging Underground sciences）実験は、 ⾼純度Ce:Gd3Ga3Al2O12（GAGG）結晶を⽤いた、160Gdの⼆重ベータ崩壊探索実験である。 探索における主要なバックグラウンドはGAGG結晶内に含まれるU/Th系列の放射性不純物であるため、 不純物を低減した⾼純度GAGG結晶の開発に取り組んでいる。 これまでに、従来結晶と⽐べて⼀桁バックグラウンドを低減した⾼純度GAGG結晶の開発に成功した。 さらに結晶育成中の不純物混⼊を防ぐための⾼純度な断熱材開発を進めており、さらに⼀桁以上の⾼純度化を⽬指している。 本講演では、PIKACHU実験の紹介をしつつ、結晶開発のこれまでの経緯と今後の展望について発表を⾏う。

計画研究C01: SK-Gdによる超新星ニュートリノ観測の進捗状況を報告する。SK-Gdは2024年のコイル修復以降観測を再開しており、ハ- ドウェア・ソフトウェア両⾯で超新星ニュートリノ観測準備を進めている。それらによる感度向上の進捗状況や、 観測への展望について講演を⾏う。

超新星背景ニュートリノ探索の背景事象である宇宙線ミューオンによる酸素原⼦核破砕事象を理解するため、 CERNでのWCTE実験により、酸素原⼦核におけるハドロン反応を理解し、 ⾼精度な原⼦核反応モデルを確⽴することを⽬指す。本講演ではまず実験の概要を説明し、続いて解析の現状について報告する。

計画研究A01:KamLANDとKERNELの現状について報告する。

アクシオンは有⼒な暗⿊物質の候補として、これまで様々な⼿法で探索が⾏われてきたが、未だにその兆候は発⾒されていない。 既存のアクシオン探索実験のほとんどは、光⼦とアクシオンの結合を探索するものである。 ⼀⽅、本研究提案では、アクシオンが擬スカラー 粒⼦であり、核⼦スピンと結合して擬磁場を⽣じることに着⽬し、⾼感度共存原⼦磁⼒計を使った新たなアクシオン探索⼿法を提案する。 我々は、TRIUMFを拠点としたTUCAN国際共同研究の中性⼦電気双極⼦モーメント測定実験の⼀部として⾼感度原⼦磁⼒計と⾼性能⼤型磁気シールドを開発してきた。 本研究提案では、これらの既存のシステムを基に、⾼感度同位体共存磁⼒計を開発し、⾼性能磁気シールド中での連続同時歳差周波数測定を⾏い、 その結果から 1E-22から1E-17 eV の広い超低質量領域で中性⼦と結合するアクシオンを探索する。 本講演では、測定原理および2024年に取得したデータの解析結果の報告と2025年に⾏った装置アップグレードの結果を中⼼に報告する。

銅イオン交換ゼオライトを⽤いたキセノン濃縮装置の開発状況について報告する。

Zr-96 2gを⽤いたZニュートリノの放出を伴う⼆重ベータ崩壊の半減期の世界最⾼感度で測定する2nu+ZICOS実験を⽬指し、 現在、0.2gのZr-96を⽤いた2nu-ZICOS実験を開始している。 本講演では、最初の観測結果とともに、2nu+ZICOS実験に向けた準備状況を報告する。

計画研究B02:XENONnT実験とその将来計画XLZDは、液体キセノンを⽤いた暗⿊物質の直接探索実験である。 現在キセノンを⽤いた暗⿊物質探索においてはラドンの娘核からのベータ線、 および検出器部材から発⽣する中性⼦が主要なバックグラウンド源となっており、 それぞれ将来実験に向けた削減のための取り組みが進められている。 本講演では現⾏実験であるXENONnTの現状、また将来実験XLZDに向けた低放射能技術の開発状況について報告する。

計画研究B03:ガスTPCを⽤いた⽅向感度をもつ暗⿊物質探索実験であるNEWAGEにおける低BG検出器開発、 ラドン除去などの低BG化に関する研究を報告する。

計画研究B03:NEWSdm実験では原⼦核乾板を⽤い、⽅向感度を持つ暗⿊物質探索を⽬的とする実験である。 近年のkg/year規模の解析システムの実現に伴い、実験規模全体のスケールアップに向け、 ⼤型原⼦核乾板の運⽤デモや背景事象の理解と低減の研究が進められており、これらの状況について報告する

計画研究B01では⼤型の超伝導ソレノイド中にマイクロ波キャビティを設置してアクシオン探索を⾏う計画を進⾏している。 この中で必要とされる⼤型のマグネット技術と冷却システム技術について、現在の業界の状況とB01の計画について解説する

ダークマターの直接探索において、最近は超軽量な ueV〜meV スケールのアクシオンやダークフォトンといった光と微弱に反応するダークマター候補粒⼦が注⽬を集めている。 これらの質量エネルギーはマイクロ波からミリ波（GHz〜THz帯）といった電波の光⼦エネルギーに対応するため、ダークマターを電波へと変換し、 その信号を精密に検出することで探索を⾏うことができる。 本講演では、電波を⽤いた超軽量ダークマター探索の基本原理と、 その中でもアンテナを⽤いた⼿法について概説する。 さらに、私が現在取り組んでいるアンテナとミリ波受信機を組み合わせた探索実験「DOSUE-RR」 についても紹介する。

筑波大学では、有機・無機検出材料および環境試料中の極微量放射性核種測定法の確立に取り組んでいる。 今年度、他班との連携研究では、ウラン・トリウム同位体測定に向けたクリーン環境下での化学分離手法確立に関する検討を推進した。 また、独自研究としてPb-210の高感度分析法確立に注力し、タンデム加速器を用いたビーム引き出し実験を中心に検討を行った。 本講演では、これら一連の開発状況を報告するとともに、 低バックグラウンド環境の実現に向けた加速器質量分析（AMS）および化学分離技術の現状と課題について詳述する。