暗黒物質の直接検出-バックグラウンドの抑制

直接检测暗物质——背景抑制

基本信息

批准号：
01J06178
负责人：
関谷洋之
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

暗黒物質は銀河中にマックスウェル分布していると考えられ、地球上では銀河の回転のため、『暗黒物質の風』が吹いている。この風向きをとらえるための暗黒物質用方向感度検出器として、原子核の反跳方向によって発光量が異なるスチルベン単結晶シンチレーターの開発を行ってきた。本年度はこれまでの10倍のサイズのスチルベン結晶を導入し、実際に暗黒物質探索のための測定を行った。まず、本実験用に低バックグラウンド仕様の光電子増倍管を開発した。前年度まで行っていた暗黒物質探索実験で用いていたフッ化物ボロメーターの放射線シールドを利用して、スチルベンと光電子増倍管を使った準備実験を行い、光電子増倍管からの放射線バックグラウンドを一段と抑制する必要があることが明らかになった。そこで、やはり低バックグラウンド仕様のNaIシンチレーターをスチルベンと光電子増倍管の間に導入した。そして、2003年11月より、神岡地下実験室において、116gのスチルベンを用いて暗黒物質探索実験を行った。2003年12月までの観測で、暗黒物質の風向きによる発光量の変化をとらえることはできなかった。しかしこのことから、陽子とneutralinoのスピンに依存しない相互作用の断面積対する上限値を得た。50GeVの質量をもつneutralinoに対して5.6pbという上限値である。この結果は、暗黒物質の方向に関する特徴から求められた最初の制限である。結晶は小質量で、バックグラウンドレートがまだ高いため、これまで行われた実験から得られている制限には及ばないものの、方向感度が暗黒物質を探索する上で有効であることを実証することができた。さらに、感度を高めるためにフッ素を含んだオクタフルフルオロナフタレン結晶を用いる実験の提案を行った。

暗物质被认为在整个星系中呈麦克斯韦分布，并且由于星系的旋转，地球上正在吹着“暗物质风”。我们一直在开发一种二苯乙烯单晶闪烁体，它会根据原子核的反冲方向而发出不同的光，作为方向敏感的暗物质探测器来探测这种风的方向。今年，我们引入了一种尺寸是之前晶体大小 10 倍的二苯乙烯晶体，并进行了测量以寻找暗物质。首先，我们为此实验开发了一种具有低背景规格的光电倍增管。利用去年进行的暗物质探索实验中使用的氟化物测辐射热计的辐射屏蔽，我们使用二苯乙烯和光电倍增管进行了准备实验，以消除光电倍增管的辐射背景。需要克制。因此，我们在二苯乙烯和光电倍增管之间引入了同样具有低背景规格的 NaI 闪烁体。然后，从2003年11月开始，在神冈地下实验室使用116克二苯乙烯进行了暗物质探索实验。截至 2003 年 12 月的观测未能检测到暗物质发出的光量因风向而发生的变化。然而，由此我们获得了质子和中子的自旋无关相互作用截面的上限。对于质量为 50 GeV 的中性子，其上限为 5.6 pb。这一结果是从暗物质的方向特征导出的第一个约束。尽管该晶体质量较小，背景率仍然较高，但仍达不到之前实验的限制，但证明了方向灵敏度在寻找暗物质方面是有效的。此外，我们提出了使用含氟八氟萘晶体来提高灵敏度的实验。