ガスの低圧化による ダークマター検出器の高感度化

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1 ガスの低圧化による ダークマター検出器の高感度化
NEWAGE実験15 日本物理学会　2010春季大会（岡山大学） 2010/03/23 　ガスの低圧化による 　　　ダークマター検出器の高感度化 だあくまたん 谷森達、窪秀利、身内賢太朗 株木重人、Parker Joseph、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 京大理　　中村　輝石 NEWAGE 低圧ガスの利点 動作確認 結果 まとめ

2 NEWAGE 到来方向に偏りがある 飛跡を捉える WIMP （ダークマター） μ-TPC 電子 原子核 μ-PIC CF4ガス
1) 電子 M=80GeV σ=0.1pb シミュレーション CF4ガス 原子核 40 WIMP WIND θ [count/3m3/year/bin] 原子核 20 μ-PIC 2) 2)μ-TPC ・・・ Micro Time Projection Chamber 1)μ-PIC ・・・ Micro Pixel Chamber -1 1 cosθ

3 現状＠神岡の地下Phys.Lett.B686(2010)10 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
WIMP-陽子（SD）の制限曲線 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 σ[pb] 104 102 更なる高感度化、低BG化 ガスの低圧化（本講演） Head-Tail の判別（身内講演） ガス循環システム（前回講演） 低放射能なモノ選び（前回身内講演） 大型化 1 10 102 103 mass [GeV/c2]

4 Expected sensitivities
　低圧ガスの利点（0.2atm ⇒ 0.1atm） 飛跡：長く（～2倍） 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 Expected spectrum 2 σ=1pb, M=100GeV, target:F counts/keV/kg/days 0.2atm 1 new threshold 0.1atm current threshold Expected sensitivities 飛跡2倍 ⇒　長さ当たりのエネルギー1/2 ⇒　ゲイン2倍必要 50 100 150 200 keV

5 検出器 NEWAGE-0.3b （＠京都） 座標 μ-TPC 60cm 50cm ガス圧：0.2atm ⇒ 0.1atm
μ-PIC GEM Drift　Plane 50cm 60cm μ-TPC 読み出し 座標 ドリフト長：50cm μ-PICサイズ：30cm×30cm GEMサイズ：28cm×23cm ドリフト電圧：-2.58kV μ-PIC電圧：515V GEM電圧：-350V/-130V ピクセル数：768×768 ピクセル間隔：400μm NEWAGE-0.3b ガス圧：0.2atm ⇒ 0.1atm ゲイン：800 ⇒ 1000 2倍（ゲイン1600）でやりたいが、 安全のため

6 動作確認① 座標 優先2 横軸cm 放電なし 原子核反跳事象（252Cf） XY分布 σ：30％ Z-分布 ⇒基本動作OK μ-PIC
　動作確認① μ-PIC GEM Drift　Plane 放電なし 原子核反跳事象（252Cf） XY分布　σ：30％ Z-分布　 　⇒基本動作OK 252Cf XY分布測定のとき 座標 252Cf Z分布測定のとき XY 分布 Z- 分布 優先2 count anode[cm] 横軸cm 0　　　　　　　　　　　25　　　　　　　　　　　50 cathode[cm] cm

7 動作確認② Drift Velocity ほぼ同じ速さ（6 cm/μs） ガス圧：0.2 atm ⇒ 0.1 atm
ドリフト電場： kV/cm ⇒ kV/cm ⇒ Consistent Drift Velocity

8 動作確認③ 計数率 252Cf RUN 計数率の比：約半分 =ターゲット原子核の数に比例 ⇒検出効率のロスはない
　動作確認③　計数率 252Cf RUN Energy Spectrum Energy Spectrum の比 (0.1 atm / 0.2 atm) rate 0.1 atm 0.2 atm ～0.5 count/keV/kg/days Energy[keV] Energy[keV] 計数率の比：約半分 　=ターゲット原子核の数に比例 　　⇒検出効率のロスはない

9 結果 反跳飛跡 252Cf RUN 約1.5倍の長さ 0.1 atmのゲインが低く、 取りこぼしがある 角度分解能は今後の課題
　結果　反跳飛跡 252Cf RUN Energy vs 0.2 atm Energy vs 0.1 atm Length[cm] Length[cm] Energy[keV] Energy[keV] 約1.5倍の長さ 0.1 atmのゲインが低く、 　取りこぼしがある 角度分解能は今後の課題 　⇒飛跡の伸び（約1.5倍）を確認 A.U. Length/Energy 0.1 atm 0.2 atm Length/Energy[cm/keV]

10 まとめ 低圧動作の試験（0.2atm ⇒ 0.1atm） 動作確認 ＊ 飛跡：約1.5倍 これから 高ゲインで測定：閾値低下
　まとめ 低圧動作の試験（0.2atm ⇒ 0.1atm） 動作確認 ＊ 飛跡：約1.5倍 これから 高ゲインで測定：閾値低下 角度分解能の解析 長期運用の安定性 更なる低圧化　目標30Torr(0.04atm)

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