ダークマター検出器の低圧ガスにおける

　　　　角度分解能の評価

• 実験概要• エネルギー閾値低下のための低圧ガス• 検出効率• 角度分解能• まとめ

京大理　中村 輝石

日本物理学会 第 66 回 年次大会　 2011/03/28

だあくまたん

谷森達、窪秀利、身内賢太朗株木重人、 Parker Joseph 、岸本祐二、西村広

展黒澤俊介、岩城智

澤野達哉、谷上幸次郎、東直樹、松岡佳大

　暗黒物質• 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず

⇒ 銀河スケールに暗黒物質

• 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオンの分布と異なる

⇒ 銀河団スケールに暗黒物質

• 宇宙論パラメータの測定（ CMB など）から、バリオンの約 5 倍の暗黒物質

⇒ 宇宙論スケールに暗黒物質

⇒ 非バリオンな " 暗黒物質 "

銀河の回転曲線

銀河団衝突領域

宇宙のエネルギー組成

銀河の中心からの距離 [pc]

星の

回転

速度

[km

/s]

　暗黒物質の候補粒子「 WIMP 」• 反応率が小さい• 安定• 質量を持つ（ 10 ～1000GeV ）

⇒WIMP （ LSP, LKP, LTP, etc... ）

• （他の暗黒物質の候補もある）• アクシオン• Q- ボール• ステラエルニュートリノ• ...etc

Weakly Interacting Massive Particle

ニュートラリーノと原子核の弾性散乱のファインマン図

MSSM で追加される粒子

最も軽い粒子がニュートラリーノの場合、暗黒物質に成り得る

　暗黒物質の直接探索方法

• 季節変化（従来）大量の標的 ⇒ 固体検出器

• 暗黒物質の " 風向き "飛跡を捉える ⇒ ガス検出器（※）

計数率の季節変化は数 % 程度

到来方向異方性には大きな前後非対称性あり

予想される散乱角 θ の余弦分布

（※）名大 NIT グループはエマルジョンを用いた飛跡検出型探索実験の R&D をしている

σSD=1pbM=100GeVtarget:F

θ

cygnus

WIMP

原子核

　　　 6月　　　 12月

予想されるエネルギースペクトル

　 NEWAGE• μ-TPC ：反跳原子核の三次元飛跡を捉える• NEWAGE の神岡地下での先行研究（ nishimura09 （※））から制限曲線

原子核

WIMP

電子

2)μ-TPC 　・・・　 Micro Time Projection Chamber1)μ-PIC 　・・・　 Micro Pixel Chamber

μ-TPC1)

μ-PIC2)

CF4 ガス

New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment

SD 反応の散乱断面積への制限（ 90%C.L. ）

（※）当研究室 OB

(pitch:400μm)

先行研究による制限曲線

　 NEWAGE の次の目標• 他の実験に棄却されているものの、ポジティブリザルトを主張する DAMA の領域の探索 （現行の約 1000 倍の感度で到達）

• バックグラウンド： 1/10 （感度 10 倍）⇒ ラドン除去システム

• エネルギー閾値： 1/2 （感度 10 倍）⇒ 低圧力での運用

• 大型化 ⇒ 1m3 サイズを数台

　　 ( 現行は 30cm3)

SD 反応の散乱断面積への予想される制限（ 90%C.L. ）

　低圧動作の効用• ガス圧低減（ 152torr → 76torr ）• 飛跡長が約 2 倍に

• 低エネルギー（飛跡が短い）事象に感度• 暗黒物質に対する感度上昇（約 10倍）

current threshold

new threshold

σ=1pb, M=100GeV, target:F予想されるエネルギースペクトル

圧力ごとの飛跡長（ SRIM ）

• 確認すべきもの

• 検出効率（低エネルギーな原子核反跳）

• 角度分解能（方向性）

長

短

　検出効率• 原子核反跳事象の検出効率：

シミュレーションと測定データ (nhit>3) の比

• 100keV@152torr の検出効率と同等の検出効率を持つエネルギーが 70keV@76torr に低下

赤： 76torr青： 152torr

原子核反跳事象の検出効率

• 半分の 50keV に達さなかったのは、ガスゲイン不足• 飛跡長： 2 倍⇒長さ当たりの電子

数： 1/2 ⇒ 必要ゲイン 2 倍• 使用したゲイン： 1.5 倍

（ =1260/860 ）

• 1 を超過しているのは、シミュレーションの不定性

検出器

252Cfneutron

　角度分解能• 測定データとシミュレーションを比較　（シミュレーションは角度分解能ごとに作成）

• 角度分解能： 50+7-2 度（ 100-200keV ）

　（先行研究： 55 度 @152torr ）　⇒これまでと同等の分解能。ゲインの確保により向上が見込まれる

• 100keV 以下：要アルゴリズムの改良中性子による原子核散乱の余弦分布（ 100-200keV ）

青：測定データ緑：シミュレーション（ σ=50° ）

シミュレーションによる余弦分布

（ 100-200keV 、角度分解能ごと）

カウ

ント

（相

対値

）

カウ

ント

数

θ

252Cf

中性子

原子核

低圧力運用（ 152torr 76torr⇒ ）

• エネルギー閾値（検出効率から）100keV 70keV⇒50keV には達さず（ゲイン不足）

• 角度分解能50°@100-200keV値は従来と同程度

展望・・・・ ゲイン UP ・ 方向決定アルゴリズム改良

　⇒ エネルギー閾値を 50keV に

　結論方向に感度を持つ暗黒物質探索実験 NEWAGE において