Dark Matter Search with μTPC（powerd by μPIC） Micro Pattern Gas Detector 研究会　 2004年12月3日　京都大学 関谷洋之 京都大学

μTPCでとらえられるもの 電子、 ミューオン Heavy Charged Particle Neutral Particle 電子、　ミューオン Heavy Charged Particle Neutral Particle フォトン　X線　ガンマ線　　　recoil electron Neutron　　　recoil proton (nucleus) Neutrino　　 recoil electron Neutralino　 recoil nucleus ここでは、暗黒物質　neutralino についてのお話をします。

暗黒物質 有力候補：SUSYに予言されるneutralino の直接検出を目指した実験 宇宙背景放射の ゆらぎの測定 NASA/WMAP Science Team 暗黒物質（CDM）の量は分かったが その分布や何であるのかは依然、謎． とたんに　具体的な応用のはなし。。 有力候補：SUSYに予言されるneutralino の直接検出を目指した実験

直接検出？ 暗黒物質（ニュートラリーノ）の直接検出実験 地上の検出器中の原子核の反跳を観測する 　　　　　 通常の物質と弾性散乱(相互作用)することを利用 　　　地上の検出器中の原子核の反跳を観測する 銀河ハロー中の地球の動きによる“風”　　暗黒物質のシグナル 京都での今日の風向き １２：００ ０：００ １８：１０ 白鳥座の方向 232 km/s 太陽 DARK HALO (Maxwell 分布) Ｖ０＝220km/s 暗黒物質の風 世界で行われている。　。。。とらえるということです。　これでは、何がきたかわからないので。。

μTPCによる方法 CF4ガスを利用 for SD interactiong DM 20 90 85 低圧力での動作研究が必要 γ VＥ 散乱された暗黒物質 反跳原子核 暗黒物質の風 γ VＥ Drift plane WIMP WIND N μ-TPC N 反跳方向に現れる統計的 なシグナルをとらえる N CF4ガスを利用 for SD interactiong DM CF4(Eth=40keV) MWIMP=50GeV μPICの性能 Track length threshold: 3 mm dE/dx threshold: 10 keV/cm 公転を使う方法は小さい。。　暗黒物質重いから前方に原子核とぶんだよ！！ 1/2mv2 エネルギーは低い！！ cos g Pressure [Torr] Density [g/m3] dE/dx [keV/cm] 20 90 85 低圧力での動作研究が必要

低圧での動作試験 10x10x10cm3 μTPC ガス容器中 まずはAr+C2H6 中での5.9keV X線 Gas vessel Gas gain variation 60cm Gas vessel m-TPC 1atm 0.5atm 0.2atm Ar+C2H6 (9:1) Time [hour] 0.1 atmまでの低圧でシグナルを確認 ガスゲインの低下はOut-Gasの影響

中性子による原子核反跳 Experimental setup Ar+C2H6 gas g YAP (trigger) 252Cf m-TPC low pressure gas n g p or C ２００keV 反跳に対する 期待される range (SRIM2003) nuclei pressure [atm] range [mm] p 1 2.6 0.5 5.1 C 1.1 2.1 0.2 5.5

得られた飛跡１ 3D tracking Bragg curves n 水素反跳 計算したrange 測定したrange 測定したchargeから 　　　　　　　のエネルギー が一致している Bragg curves

得られた飛跡２ 炭素反跳 n 350keV = 8mm (SRIM) Bragg curve

CF4での基礎動作試験 gas gain>7000 @ 0.25 atm で 安定動作 C,F反跳飛跡取得の実験準備中です。 800 600 104 103 CF4 100% 700 Anode voltage [V] 0.25 atm 0.5 atm 1 atm Source: 55Fe (5.9keV) CF4 100% (1atm) Ar+C2H6 (1atm) Drift velocities of electrons Electric field [kV/cm] gas gain>7000 @ 0.25 atm　で　安定動作 C,F反跳飛跡取得の実験準備中です。

実験計画 cos g γ 大型化が必要 高田 2004 2005+ 201? WIMP WIND F 大型化が必要　　高田 hatched：WIMP painted：neutron BG cos g SD 3s detection sensitivities M WIMP [GeV] s WIMP-p [pb] R&D with 800cm3 n BG measurement @ Kamioka 1m3m-TPC g-ray BG rejection Electron diffusion Low pressure operation 1m3 ×30　m-TPC 2004 2005+ 201?