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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J06178/
• 关键词: 暗黒物質; ニュートラリーノ; ボロメーター; 低バックグラウンド; フッ化物; 有機単結晶シンチレーター; スチルベン; オクタフルオロナフタレン; フッ化ナトリウム; 方向感度検出器; 暗黒物質; ニュートラリーノ; ボロメーター; 低バックグラウンド; フッ化物; 有機単結晶シンチレーター; スチルベン; オクタフルオロナフタレン; フッ化ナトリウム; 方向感度検出器

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。

暗物质被认为分布在整个银河系中的麦克斯韦，而在地球上，由于银河系的旋转，“暗物质风”吹了。作为捕获这一风向的暗物质的定向灵敏度检测器，我们已经开发了一个st曲苯单晶闪烁体，其发光量取决于原子核的后坐方向。今年，Stilbene晶体被引入了上一个模型大小的10倍，实际上进行了测量以寻找暗物质。首先，我们为该实验开发了低背景光电倍增管。使用直到上一年进行的暗物质搜索实验中使用的氟化物钢计的辐射屏蔽，我们使用Stilbene和光电层管进行了预备实验，揭示了需要从光电塑料管中进行的辐射背景，需要进一步抑制。因此，在Stilbene和Photolultiplier管之间引入了低背景规范NAI闪烁体。然后，从2003年11月开始，使用116克Stilbene在Kamioka地下实验室进行了暗物质搜索实验。直到2003年12月的观测并未捕获暗物质风向发出的光量的变化。但是，从中，我们获得了质子和中性诺之间自旋非依赖性相互作用的横截面区域的上限。对于Neurolino的上限为5.6 pb，质量为50 GEV。该结果是由暗物质取向特征确定的第一个限制。由于晶体的质量很小，而且背景速率仍然很高，因此它们并不达到从以前的实验中获得的限制，但是它们能够证明方向敏感性有效地探索暗物质。此外，我们提出了一项实验，使用含有氟的八氟氟芬太林晶体以提高敏感性。