Search for dark matter in unexplored regions with directional sensitivity using super-fine-grained nuclear emulsion

使用超细粒度核乳剂以方向灵敏度搜索未探索区域中的暗物质

• 批准号: 22KJ3234
• 负责人: 白石 卓也
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Toho University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3234/
• 关键词: 暗黒物質; 原子核乾板; 中性子; ナノ粒子発光

超微粒子原子核乾板による100keV以上の反跳陽子トラッキングを用いたBoosted WIMP探索および中性子測定のために、まず光学顕微鏡自動解析システムの高速化を行った。高速撮像カメラの導入、画像処理時のGPUの有効活用、対物レンズの低倍率化等を行うことで、一台当たり年間30gだった解析速度を年間500gまで向上させた。また、3次元トラッキングアルゴリズムの改良を行い、飛程や角度の自動測定精度を向上させた。このシステムを用い、産総研・中性子標準場施設で3H(p n)3He反応から放出される880 keV単色中性子を照射したサンプルを解析した。検出された反跳陽子の運動学的パラメータはシミュレーションによる予測と極めてよく一致し、sub-MeV帯においてもかなり詳細な中性子の情報が得られることを示した。次に、イタリア・グランサッソ研究所地上施設において環境中性子測定を実施した。sub-MeV帯中性子信号として陽子弾性散乱のみ解析を行い、μ粒子による大気での中性子生成モデル（PARMAモデル）と無矛盾なフラックスおよびスペクトル・方向分布の測定結果が得られた。以上の結果をPhysical Review Cへ投稿し、現在はグランサッソ地下での中性子スペクトル測定を推進している。また、もう一つの目的である乾板中のAgBr:I結晶の発光の研究については、WIMPの疑似信号として低速イオンによる発光の基礎研究を行うために、神奈川大学のイオン注入装置を用いた測定系の開発を行った。独自設計したチャンバーを新規導入し、光電子増倍管と分光器による高感度スペクトル測定、照射位置を変えるための2軸駆動系付きイオンマスク、ドーズ量モニターなどの開発を行った。今後、MPPCをチャンバー内に導入し、光電子増倍管とのコインシデンスをとることで、イオン照射時の発光特性をさらに精密に調べていく予定である。

对于使用超细颗粒核干板的100 keV或更多KEV的后坐力质子跟踪，为了提高WIMP搜索和中子测量，首先加速了自动光学显微镜分析系统。通过引入高速成像摄像机，有效地利用图像处理过程中的GPU，并降低了客观镜头的放大倍率，分析速度从每单位30克提高到每年500克。此外，已改进了3D跟踪算法以提高范围和角度自动测量的准确性。使用该系统，分析了在AIST中子标准场设施中从3H（P n）3H释放的880 KEV单色中子照射的样品。检测到的后坐力质子的运动学参数与模拟的预测非常吻合，这表明可以在Sub-MEV频段中获得相当详细的中子信息。接下来，在意大利格兰·萨索研究所的地面设施中进行了环境中子测量。仅将质子弹性散射分析为子-MEV带中子信号，并使用μ粒子在大气中与中子产生模型（Parma模型）一致的通量和光谱和方向分布的测量结果。上述结果已发布到物理审查C中，目前正在促进Glan Sasso下的中子光谱测量值。此外，关于AGBR：I晶体在干板中排放的另一个目的，我们使用卡纳那川大学的离子植入装置开发了一个测量系统，以便将慢离子作为WIMP的伪离子进行伪离子的基础研究。新设计的腔室是新引入的，该公司使用光电倍增管和光谱仪，带有两轴传动系统的离子掩模开发了高度敏感的光谱测量值，用于更改辐射位置，以及剂量监视器。将来，MPPC将被引入腔室中，并与光电层管的巧合，以进一步精确检查离子照射时的发光特性。

项目成果

グランサッソ研究所/ナポリ大学/ローマ大学(イタリア)

格兰萨索研究所/那不勒斯大学/罗马大学（意大利）

Environmental Sub-MeV Neutron Measurement in Gran Sasso with Ultra Fine-grained Nuclear Emulsion

使用超细粒核乳剂在格兰萨索进行环境亚兆伏中子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. Rosa;小林龍太;G. De Lellis;佐藤修;久下謙一;他NEWSdmコラボレーション;T. Shiraishi
• 通讯作者: T. Shiraishi

Environmental sub-MeV neutron measurement at the Gran Sasso surface laboratory with a super-fine-grained nuclear emulsion detector

使用超细粒度核乳剂探测器在格兰萨索表面实验室进行环境亚兆伏中子测量

• DOI: 10.1103/physrevc.107.014608
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review C
• 影响因子: 3.1
• 作者: Shiraishi T.;Akamatsu S.;Naka T.;Asada T.;De Lellis G.;Tioukov V.;Rosa G.;Kobayashi R.;D'Ambrosio N.;Alexandrov A.;Sato O.
• 通讯作者: Sato O.

グランサッソ研究所での超微粒子原子核乾板を用いた環境中性子スペクトル測定

格兰萨索研究所使用超细颗粒核乳胶板进行环境中谱测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. De Lellis;G. Rosa;小林龍太;佐伯加奈;陳夏姫;ダウディ由莉香;N. D'Ambrosio;A. Alexandrov;佐藤修;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション

超微粒子原子核乾板を用いたグランサッソでの環境中性子測定

使用超细核乳剂板在格兰萨索进行环境中子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. Rosa;小林龍太;G. De Lellis;佐藤修;久下謙一;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション