身内賢太朗、谷森達、窪秀利、Parker D. Joseph、水本哲矢、高田淳史西村広展、岩城智、澤野達哉、松岡佳大、古村翔太郎、佐藤快

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1 身内賢太朗、谷森達、窪秀利、Parker D. Joseph、水本哲矢、高田淳史西村広展、岩城智、澤野達哉、松岡佳大、古村翔太郎、佐藤快
MPGD研究会　2011/12/10 低圧ガス中でのGEMの運用 中村輝石（京大理） 身内賢太朗、谷森達、窪秀利、Parker D. Joseph、水本哲矢、高田淳史西村広展、岩城智、澤野達哉、松岡佳大、古村翔太郎、佐藤快 目次 ・NEWAGE実験 ・低圧ガスについて ・測定結果（ゲイン） ・まとめ Hello. My name is Kiseki Nakamura, and I'm first year of doctor course in Kyoto University. In Kyoto university, we promote the direction-sensitive dark matter search experiment, name "NEWAGE". I will talk about this experiment. And using low pressure gas, the sensitivity of dark matter is expected to be improve. So today, I talk low pressure gas operation in detail.

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3 暗黒物質 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず ⇒ 銀河スケールに暗黒物質 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオン分布と異なる
　暗黒物質 銀河の回転曲線 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず ⇒ 銀河スケールに暗黒物質 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオン分布と異なる ⇒ 銀河団スケールに暗黒物質 宇宙論パラメータの測定（CMBなど）から、バリオンの約5倍の暗黒物質 ⇒ 宇宙論スケールに暗黒物質 ⇒ 宇宙の様々な階層に 　　　　　非バリオンな"暗黒物質" 星の回転速度 [km/s] 銀河の中心からの距離 [pc] 銀河団衝突領域 宇宙のエネルギー組成

4 NEWAGE 暗黒物質の到来方向を測定 反跳原子核の飛跡をMPGDで測定 DM Nucleus 前後非対称性
New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment 暗黒物質の到来方向を測定 反跳原子核の飛跡をMPGDで測定 前後非対称性 予想されるcosθ分布 cosq σSD=1pb M=100GeV target:F θ DM Nucleus Dark matter nuclear interaction is very rare. So, in order to detect dark matter events from background, characteristic information, claiming this is dark matter event, is important. There are two methods. First is conventional method. Dark matter is considered to be distributed in the milky-way galaxy. Because the Earth revolute around the Sun, relative velocity of the earth to dark matter is changing. So, expected energy spectrum modulate annually. Conventional method is to detect this tiny difference. And it is usual to use solid or liquid detector. Second is new method. The solar system move toward cygnus, so dark matter seem to come from cygnus. New method is to detect this incoming direction by measuring scattered nuclear tracks. This graph is expected cosine theta distribution. From this graph, new method can obtain strong signal.

5 三次元飛跡検出器「μ-PIC」 ガス : CF4 圧力 : 0.1atm GEM (8分割)
0.5cm 50cm GEM (8分割) サイズ : 28x23cm or 28x31cm 厚 : 50mm or 100mm 穴径 : 70mm ピッチ : 140mm Drift plane m-PIC サイズ : 30x30cm ピッチ : 400mm At NEWAGE experiment, we use u-PIC for MPGD readout. Also, we put GEM above u-PIC to obtain sufficient gain. u-PIC have been introduced at previous session, so I omit detail of u-PIC. In u-TPC, we use CF4 gas because fluorine have relatively large cross-section to neutralino. And, gas pressure is low like 0.1 to 0.2 atm. 30cm ガス : CF4 圧力 : 0.1atm

6 低圧動作 μ-PIC（400μmピッチ）で飛跡を取る 数mmの長さが欲しい ⇒低圧 低圧ではピクセル当りの電子数が減少 ⇒高ゲイン
　低圧動作 圧力ごとのFの飛跡長（SRIM） μ-PIC（400μmピッチ）で飛跡を取る 数mmの長さが欲しい 　　⇒低圧 低圧ではピクセル当りの電子数が減少 　　⇒高ゲイン 50μm厚GEMではゲインに限界 　　⇒100μm厚GEM 長 短 予想されるエネルギースペクトル σ=1pb, M=100GeV, target:F 50μm厚GEMのゲインカーブ 要請値1500

7 100um厚GEM（LCP） GEM-topのHV供給線 GEM-bottomのHV供給線 銅テープ 1MΩ抵抗 PEEK製の枠

8 　GEMの交換 μ-PICと合体 インダクションは5mm 10B板（エネルギーキャリブレーション用） ドリフトケージに取り付け

9 動作確認① イメージ y x x y バックグラウンドの測定 一番上のGEMが死んでる・・・ 実は上下反転なので10B板の領域
　動作確認①　イメージ バックグラウンドの測定 一番上のGEMが死んでる・・・ 実は上下反転なので10B板の領域 y x x y このままキャリブレーションすらできないのか？！

10 動作確認② Energy-Length 壁からのα線（バックグラウンド） この関係からcalibrationが可能
バックグラウンド自体はfidutial-cutで落とせる GEMが死んだ領域はカット SRIMで計算したHeの線 TPCケージ α線 μ-PIC面 真空容器

11 ゲインカーブ インダクションは同じゲインでサチる⇒透過率が100％に漸近 ΔGEMでゲイン上昇
　ゲインカーブ ●・・・100μm厚GEM ▲・・・50μ厚GEM anode:515V,ΔGEM:220V anode:515V,GEM-bottom:280V インダクションは同じゲインでサチる⇒透過率が100％に漸近 ΔGEMでゲイン上昇

12 まとめ 100μm厚の大型GEMを運用開始（0.1atm） 一番上の短冊が死んだ （Energy-Lengthの関係からcalは可能）
　まとめ 100μm厚の大型GEMを運用開始（0.1atm） 一番上の短冊が死んだ 　（Energy-Lengthの関係からcalは可能） ゲインは4500まで出る 　（50μm厚では2000まで） イメージキャラクター “だあくまたん"

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16 ありがとうございました

17 まだだ、まだ終わらんよ