NEWAGE 実験

　ダークマター検出器の　　　　　　　　　　地上実験進捗

2010 年度 天体天文物理若手 夏の学校 宇宙線分科会 （豊橋）2010/08/04

谷森達、窪秀利、身内賢太朗株木重人、 Parker Joseph 、岸本裕二、西村広

展上野一樹、黒澤俊介、岩城智、高橋慶在

澤野達哉、谷上幸次郎、東直樹青野正裕、松岡佳大

• ダークマターとは• NEWAGE 実験• ラドン除去（低バックグラウン

ド化）• 低圧ガス（高感度化）

• まとめ

だあくまたん京大理　　中村　輝石

ダークマターWMAP の CMB 測定　→ 宇宙のエネルギーの 23 ％は

非 バ リ オ ン （ ダ ー ク マター）

ダ ー ク マ タ ー の 有 力 候 補 　 （ 質 量 ： 10 ～100GeV ）原 子 核 を 反 跳 す る ！ （ 反 跳 エ ネ ル ギ ー ～100KeV ）

WIMP (Weakly Interacting Massive Particle)

WMAP/NASA

WIMP の 計 数 は 多 く て も 　 ・ ・ ・ 　 1 [count/kg/day] 少な

い( J.D. Levin, P.F. Smith 1996 )

→ 　バックグラウンドを抑えることが重要

　 NEWAGE

原子核

WIMP（ダークマター）

電子

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

μ-TPC1)

μ-PIC2)

CF4 ガス

到来方向に偏りがある

飛跡を捉える

cosθ1-1 0

0

20

40

M=80GeVσ=0.1pb

θ

WIMP WIND

原子核

[count/3m

3 /year/bin]

シミュレーション

　現状＠神岡の地下• 低バックグラウンドの地下で実験

• 散乱断面積の制限曲線を引いた• 飛跡をとらえる実験で唯一• ダークマターはまだ見えない

• 更なる高感度化、低 BG化• ラドン除去システム• ガスの低圧化• 低放射能なモノ選び• 大型化• ・・・ etc

σ[pb]

102

1

104

102 10310mass [GeV/c2]

WIMP- 陽子（ SD ）の制限曲線

Phys.Lett .B686(2010)10

40cm

x

y

z

　検出器　 NEWAGE-0.3b 　（＠京都） ドリフト長：

50cm

28cm

23cm

30cm

30cm

μ-PIC電圧： 515Vピクセル数： 786×786ピ ク セ ル 間 隔 ：400μm

GEM電 圧 ： -350V/-130V

ドリフトプレーン

電圧： -2.58kV

50cm60cm

　ラドンのバックグラウンド

・ 検出器の壁などに微量に含まれるウランなどが崩壊・ 気体なのでチェンバー内に進入・ α 崩壊してバックグラウンドとなる

検出領域壁

Rn

URn

α崩壊

壁

12 [day]160

4000

084

2000

rate

[cou

nt/k

g/da

ys]

6000 6MeV ピークの時間変化

・・・実験データ

・・・フィッティング

　冷却活性炭システム

ポンプポンプ流量：600ml/min

冷却（ 183K ） ・・・ ラドンを液化活性炭 ・・・ ラドンを吸着

冷却機

検出器μ-TPC

CF4 Rn

CF4 Rn

CF4

活性炭

活性炭Rn

Rn

RnCF4

CF4

冷却温度：183K

活性炭：150g

12cm25cm

Rn の 沸 点 ：211KCF4 の 沸 点 ：145K

　ラドン除去を確認

ラドン（６ MeV ピーク）：1/10

・・・冷却活性炭システム

・・・活性炭なし

　低圧ガスの利点（ 0.2atm 0.1atm⇒ ）

Expected sensitiviti

es

Expected spectrum

current threshold

new thresholdco

unts

/keV

/kg/

days

keV

0.1atm0.2atm

2000 10050 1500

1

2

• 低エネルギー（飛跡が短い） event を回収　⇒　 Energy Threshold ：低下（ 100keV ⇒50keV ）　⇒　 Expected DM rate ：増加（約 10 倍）

• 角度分解能向上

飛跡：長く（～ 2倍）

σ=1pb, M=100GeV, target:F

　飛跡の伸びを確認

• 約 2 倍の長さ • 角度分解能の解析は今後

Energy vs Length @ 0.2 atm

Length(1MeV ～2MeV)

0.1 atm0.2 atm

Energy[keV]

Leng

th[c

m]

Length[cm]

A.U

.

Energy vs Length @ 0.1 atm

Energy[keV]

Leng

th[c

m]

10B+n → 7Li+4He　（ Q 値2.3MeV ）

　まとめ

• これからは・・・• 角度分解能の解析• 長期運用の安定性• 神岡に導入！　（今秋予定）• （イメージキャラクターの 3 次元モデリング）

• 冷却活性炭システム　　ラドン除去： 1/10

• 低圧ガス（ 0.2atm 0.1atm⇒ ）

　　飛跡：約 2 倍

イメージキャラクター「だあくまたん」

WIMP 杖

ゆらぎのドレ

ス