科学研究費補助金による研究

液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発

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LXe TPC
for DM

研究目的

現在神岡地下実験室において、液体キセノンシンチレーターを用いた暗黒物質探 索実験「XMASS」が遂行されている。本研究の目的は、このXMASS検出器に電荷増 幅機能を付加することにより、液体キセノン中の飛跡粒子の位置検出および粒子 識別を可能にし、暗黒物質の探索感度の飛躍的な向上を図ることである。液相で も高電場で電子増幅に伴うシンチレーション光が発生することに着目し、XMASS でこれを実現させる。本研究により、外部からの放射性バックグラウンドを自己 遮蔽するというXMASSの強みを生かし、スピンに依存しない相互作用の核子との 断面積10-46cm2へ迫る感度での暗黒物質探索を目指す。 暗黒物質の実験室での直接的な検出は21世紀科学の大きな課題である。超対称性理論等の素粒子の「理解」や我々宇宙がなぜ現在の姿であるのかを理解するために不可欠だからである。LHCで超対称性粒子が依然見つかっていないことを考えると、このような感度での暗黒物質直接探索実験は素粒子および宇宙物理学研究の中で今後ますます重要となる。

研究組織

東京大学宇宙線研究所　関谷洋之　

名古屋大学太陽地球環境研究所　伊藤好孝・増田公明

University of Birmingham, Patrick Knights

University of Hamburg, Konstantinos Nikolopoulos

European Spallation Source, Ioannis Katsioulas



「液体キセノンへの異種希ガス混合による次世代暗黒物質検出器の開発」 　挑戦的研究（萌芽） 　課題番号21K18623
研究代表者 関谷洋之

「液体キセノン中の電荷増幅を用いた暗黒物質探索」
若手研究（A）　課題番号257070150
研究代表者　関谷洋之

「光読み出し型一相式液体キセノンドリフトカロリメーターの開発」 　挑戦的萌芽研究　課題番号25610054
研究代表者　伊藤好孝

研究成果発表

2024

  • Patrick, PISA
  • Hiroyuki Sekiya "Charge Amplification in Liquid Xenon with a Needle Electrode and Development of a Spherical Detector"
    “Technology and Instrumentation in Future Liquid Noble Gas Detectors” February 14-16, 2024　KMI Science Symposia, Nagoya University [pdf]

  • P. Knights, H. Sekiya, I. Katsioulas, K. Nikolopoulos, K. Kanzawa, I. Giomataris, "Measurement of scintillation from proportional electron multiplication in liquid xenon using a needle"
    Accepted by JINST arXiv:2401.02327

    2019

    • 関谷洋之「1相型キセノンTPCの球状化にむけて」
      アクティブ媒質TPC開発座談会 21-22 March 2019 神戸大学 [pdf]

    • 石井 瞭「暗黒物質直接探索のための1相式液体キセノンTPCテストベンチによる低エネルギーS2の観測」
      アクティブ媒質TPC開発座談会 21-22 March 2019 神戸大学 [pdf]

    • Hiroyuki Sekiya "Single Phase LXe TPC",
      XMASS Collaboration Meeting on Mar. 2, 2019 [pptx] (password required)

    • Ryo Ishii "Observation of low energy S2 by 1 phase LXe TPC test bench",
      XMASS Collaboration Meeting on Mar. 2, 2019 [pdf] (password required)

    • 石井 瞭 「暗黒物質直接検出に向けた1相式液体キセノンTPCによる低エネルギー比例蛍光の観測」,
      日本物理学会 第74回年次大会 (九州大学（伊都キャンパス）) 2019年3月14日 [pdf]

    • 石井 瞭 修士論文「暗黒物質直接探索のための1相式液体キセノンTime Projection Chamber(TPC) テストベンチによる低エネルギー比例蛍光の観測」,
      名古屋大学大学院　理学研究科　2018年2月28日 [pdf]

    2018

    2017

    • 菅澤佳世 「暗黒物質探索のための１相式液体キセノンTPCの開発」,
      第14回MPGD研究会(MPGD2017) 岩手大学銀河ホール 2017年12月7日[pdf]

    • Kayo Kanzawa "Status of Single Phase TPC"
      XMASS collaboration meeting 6 December 2017, Mozumi [pdf] (protected)

    • 菅澤佳世「ワイヤー電極用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究3」,
      日本物理学会大会 2017年秋季大会 (宇都宮大学) 2017年9月15日 [pdf]

    • 関谷洋之 「XMASS高度化　液キセノンTPCプロジェクト」
      アクティブ媒質TPC開発座談会 KEK 2017年4月22日 [pdf]

    • 菅澤佳世 「XMASS高度化　液キセノンTPC技術開発」
      アクティブ媒質TPC開発座談会 KEK 2017年4月22日 [pdf]

    • Kayo Kanzawa "Status of Single Phase LXe TPC"
      XMASS collaboration meeting 27 March 2017, Mozumi [pdf] (protected)

    • 菅澤佳世「ワイヤー電極用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究2」,
      日本物理学会大会 日本物理学会 第72回年次大会 (大阪大学) 2017年3月20日 [pdf]

    • 菅澤佳世 修士論文「ワイヤー電極を用いた比例蛍光読み出しによる1相式液体キセノン TPC の研究」,
      名古屋大学大学院　理学研究科　2017年1月25日 [pdf]

    2016

    • Hiroyuki Sekiya "XMASS converts into single phase LXe TPC"
      XMASS collaboration meeting 18 December 2016, Mozumi [pdf] (protected)

    • Kayo Kanzawa "Single Phase LXe TPC with wire electrode"
      XMASS collaboration meeting 18 December 2016, Mozumi [pdf] (protected)

    • 菅澤佳世「比例蛍光読み出しによる１相式液体キセノンTPCの開発」
      第13回 Micro Pattern Gas Detector 研究会 2016年12月10日 神戸大学先端融合研究環統合研究拠点コンベンションホール [pdf]

    • Hiroyuki Sekiya "R&D towards spherical LXe TPC"
      The 8th international symposium on large TPCs for low-energy rare event detection 5-7 December 2016, Paris [pdf]

    • 菅澤佳世「ワイヤー電極用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究」,
      日本物理学会大会 2016年秋季大会 (宮崎大学) 2016年9月22日 [pdf]

    • 菅澤佳世「比例蛍光読み出しによるXMASS実験テストベンチの開発ー電極の開発」,
      日本物理学会大会第70回年次大会 (東北学院大学) 2016年3月20日 [pdf]

    • 毛笠莉沙子「比例蛍光読み出しによるXMASS実験テストベンチの開発ーGEMによる液相増幅」,
      日本物理学会大会第70回年次大会 (東北学院大学) 2016年3月20日 [pdf]

    • 毛笠莉沙子 修士論文「比例蛍光読み出しによる1相式液体キセノンTPCの開発」,
      名古屋大学大学院　理学研究科　2016年1月26日 [pdf]

    2015

    • 関谷洋之 「1相型液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発」,
      第12回MPGD研究会(MPGD2015) 広島大学 2015年12月5日[pdf]

    • 毛笠莉沙子「XMASS実験感度向上のためのテストベンチの開発2」,
      日本物理学会2015年秋季大会 (大阪市立大学) 2015年9月27日 [pdf]

    • 関谷洋之 「XMASS高度化　液キセノンTPC」,
      液体TPC座談会KEK　2015年8月28日 [pdf]

    • 毛笠莉沙子「XMASS実験感度向上のためのテストベンチの開発」,
      日本物理学会第70回年次大会 (早稲田大学) 2015年3月24日 [pdf]

    2014

    • 関谷洋之　「液体キセノン中での電荷増幅を用いたTPCによる暗黒物質検出器の開発」,
      日本物理学会第69回年次大会 (東海大学湘南キャンパス) 2014年3月30日 [pptx]

    • Hiroyuki Sekiya "Review of Dark Matter Search with Noble Liquid Detectors and Recent Results from XMASS"
      Kavli IPMU ACP Seminar Kavli IPMU, Feb. 7 2014 [pdf]

    2013

    • Copyright (C) Hiroyuki Sekiya. All Rights Reserved.

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