NEWAGE
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- ゆき あいしま
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1 宇 宙 線 観 測 装 置 の 最 前 線 神 戸 大 学 身 内 賢 太 朗 第 46 回 天 文 天 体 若 手 夏 の 学 校
2 はじめに みなさんの 勇 気 に 感 謝 研 究 者 挑 戦 する 勇 気 成 功 への 第 一 歩
3 はじめまして 身 内 賢 太 朗 属 性 闇 東 大 みのわ 研 ボロメータ 京 大 宇 宙 線 ガス 神 戸 大 粒 子 物 理 ガス 液 体 キセノン
4 内 容 : 宇 宙 線 観 測 機 器 の 最 前 線 宇 宙 線 最 前 線 ダークマター 最 前 線
5 宇 宙 線
6 宇 宙 線 宇 宙 から 飛 来 する 有 象 無 象 の( 素 ) 粒 子
7 ( 狭 義 の / 古 き 良 き) 宇 宙 線 宇 宙 から 飛 来 する( 主 に) 原 子 核 CALETパンフレット
8 宇 宙 線 : 物 理 起 源 加 速 機 構 ダークマターなど ダークマター? 宇 宙 ステーションで ダークマター 発 見 します (2015 年 7 月 23 日 報 道 ステーション)
9 宇 宙 線 : 最 前 線 比 較 的 成 熟 した 技 術 を 宇 宙 や 砂 漠 などで 大 規 模 に 使 用 CALETパンフレット 高 エネルギーニュース 2013 年 12 月
10 ガンマ 線 宇 宙 から 飛 来 するガンマ 線
11 ガンマ 線 : 物 理 多 くの 天 体 多 彩 な 物 理
12 ガンマ 線 : 最 前 線 確 立 した チェレンコフ 望 遠 鏡 大 面 積 望 遠 鏡 低 エネルギー 閾 値 小 型 を 多 数 配 置 高 感 度 化
13 ニュートリノ 宇 宙 から 飛 来 するニュートリノ 宇 宙 線 起 源 のニュートリノ
14 ニュートリノ: 源 太 陽 ニュートリノ 超 新 星 ニュートリノ 大 気 ニュートリノ 高 エネルギーニュートリノ エネルギー 低 (MeV) ~ 高 ev + UNKOWN
15 ニュートリノ: 装 置 チェレンコフ 検 出 器 水 / 氷 + 光 センサー SuperKAMIOKANDE 水 5 万 トン + PMT~10000 個 ICECUBE 1km 角 氷 +PMT~5000 個 1PeV アーニー
16 ニュートリノ 装 置 最 先 端 ハイパーカミオカンデ = SK 10 ( 有 効 体 積 ) ICECUBE gen2 = ICECUBE 10 SK-Gd 背 景 超 新 星 の 観 測 SK-Gdの 原 理 ICECUBE-gen2 tribution/44/material/slides/0.pdf
17 重 力 波 宇 宙 から 飛 来 する 重 力 波 源 : 中 性 子 星 合 体 ブラックホール 合 体
18 重 力 波 : 装 置 空 間 の ゆがみ を 干 渉 で 観 測 以 下 のゆがみを 検 出
19 重 力 波 : 最 前 線 LIGO VIRGO と KAGRA 複 数 台 の 干 渉 計 が 必 要 (クロスチェック 方 向 決 定 )
20 重 力 波 最 前 線 :KAGRA 神 岡 低 温 3km 防 振 に 有 利 遠 くまで 観 測 可 能 多 くの 事 象 を 検 出 可 能
21 地 下 実 験 ダブルベータ ダークマター K. Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
22 ダブルベータ: 物 理 β 崩 壊 電 子 とニュートリノを 放 出 電 子 のスペクトルは 連 続 通 常 のβ 崩 壊 は 起 こせないが ββ 崩 壊 は 可 能 な 原 子 核 が 存 在 観 測 済 み ニュートリノ2ケを 放 出 連 続 スペクトル もしνとνが 対 消 滅 可 能 なら 0νββ 崩 壊 が 起 きる 探 索 対 象 電 子 ニュートリノ 2νββ 崩 壊 中 性 子 ベータ 崩 壊 2νββ 崩 壊 0νββ 崩 壊
23 0νββ 崩 壊 : 原 理 ニュートリノが 対 消 滅 可 能 : 粒 子 = 反 粒 子 のマヨラナ 粒 子 寿 命 と 質 量 に 直 接 的 な 関 係 エネルギーピークを 探 す 低 BG 高 エネルギー 分 解 能 多 くの 実 験 が50meVを mile stoneとしている
24 ダブルベータ 最 前 線 :KAMLAND-ZEN Xe kg 2012 年 5 月 18 日 高 エネルギー 春 の 学 校 身 内 賢 太 朗 Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
25 ダブルベータ: 最 前 線 Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
26 ダブルベータ: 最 前 線 Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
27 ダブルベータ: 最 前 線 のその 先 Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
28 ダブルベータ: 最 前 線 のその 先 K. Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
29 ダブルベータ: 最 前 線 Inoue 2016May UGND2016, Tokyo
30 ダブルベータ: 最 前 線 CANDLES S. Yoshida 2016May UGND2016, Tokyo
31 ダークマター
32 暗 黒 物 質 : 歴 史 - 銀 河 の 回 転 曲 線 (1930s~) Annu. Rev. Astron. Astrophys. 29(1991)409 - 遠 方 銀 河 の 重 力 レンズ 効 果 (1990s~) NASA WMAP TEAM - 宇 宙 マイクロ 波 背 景 輻 射 (2002~
33 暗 黒 物 質 の 候 補 - バリオン:MACHOs : 元 素 合 成 によって 上 限 - 非 バリオン:アクシオン ニュートラリーノ その 他 有 象 無 象 クォークと 反 応
34 暗 黒 物 質 の 直 接 検 出 ( 光 + 温 度 ) E R 検 出 ( 光 ) DAMA(NaI) KIMS(CsI) 原 子 核 ( 光 + 電 離 ) ZEPILINEⅡ/Ⅲ XENON10/100 (Xe) ArDM WARP(Ar) E R 検 出 ( 電 離 ) CRESST (CaWO4) 反 跳 E R <~100keV 暗 黒 物 質 HPGe E R 検 出 ( 温 度 ) ROSEBUD(LiF,) COUPP,SIMPLE,PICASSO (CxFx) ( 電 離 + 温 度 ) CDMS(Ge) EDELWEISS(Ge)
35 暗 黒 物 質 直 接 検 出 の 信 号 エネルギースペクトル kev 程 度 特 徴 のない 形 状 季 節 変 動
36 ダークマター 検 出 器 :DAMA/LIBRA 唯 一 の positive results を 主 張 1997~DAMAで 主 張 CDMS 等 に 否 定 される 2008 年 4 月 LIBRAで 再 現! DAMA (-2002) detector NaI NaI LIBRA ( ) Mass 9.7kg 9 9.7kg 25 time 7 yeas 4 years exposure 0.29 ton year 0.53 ton year (Large sodium Iodide Bulk for RAre processes)
37 暗 黒 物 質 :DAMA/LIBRA 250kgのNaIシンチレータ TAUP07
38 スペクトル
39 大 体 +-2% 程 度 の 変 動
40 ダークマター 最 前 線 : 二 層 式 液 体 キセノン
41 ダークマター: 検 出 器 LUX
42 ダークマター 先 週 発 表 超 最 前 線
43 ダークマター: 検 出 器 XMASS
44 XMASS detector Byeongsu Single phase (scintillation only) liquid Xenon detector : sensitive to e/g events with very low backgrounds as well as nuclear recoil events Large 100 kg fid. mass & 835 kg inner mass (0.8 mf) 630 hexagonal & 12 round PMTs with 28-39% Q.E. High light yields(13.9 pe/kev) & Large photon coverage (> 62% of inner surface) Low energy threshold : < 5 kev ee (~ 25 kev NR ) for fiducial volume and 0.3 kev ee for full volume 1.2m diameter Inner detector 44
45 count/day/kg/kev History of XMASS-I Byeongsu Dec. May Nov. Nov. Nov. Jun. Installation Commissioning Refurbishment Data taking PMT Al seal were covered by copper ring and plate to reduce BG as detector refurbishment. After refurbishment, event ~ 5keV is reduced to ~1/10. Now, the 3 rd year continuity operation ( 2 years and 7 months) is ongoing. The longest running time among LXe detectors! Commissioning run data After RFB data ~1/10 45
46 XMASS physics results various kinds of dark matter candidates and physics Byeongsu Low mass WIMPs search, PLB 719 (2013) 78 Solar axion search, PLB (2013) Bosonic super-wimps search, PRL 113, (2014) Inelastic WIMP nucleus scattering search, PTEP 063C01 (2014) Red: XMASS (90% C.L.) Black: DAMA LXe 2000 (90% C.L.) Recent results Direct dark matter search by annual modulation (PLB (2016)) Search for 2n double electron capture on 124 Xe (PLB (2016)) 46
47 Search for annual modulation (1) Byeongsu KOBE:K. Hosokawa s Doctor thesis Dataset: after refurbishment (Nov 2013-Mar 2015) 0.83ton*year data(1 year cycle) with low threshold (1.1keV ee ). Comparable to 1.33ton*year of DAMA/LIBRA data (14 cycles) Rejection of noise, Cherenkov and front of PMT event. No particle ID just like DAMA/LIBRA The observed count rate as function of time in each energy bin. Clear modulation signal is expected if WIMP parameters are in the range where DAMA/LIBRA experiment indicates. Time variation of event rate from 1.1 to1.6kev ee Jun. Dec. The expected WIMP flux variation due to eart h s orbit. Expected rates for 7GeV/c 2 WIMPs --- 8GeV/c 2 WIMPs Cross section of cm 2 DAMA/LIBRA I Statistical error Systematic error PLB (2016) 47
48 Search for annual modulation (2) Assuming standard WIMP, data is fitted with the following equation: Byeongsu t 0 (phase)=152.5days, T(period)=365.25days, A(modulated amplitude) and C i (unmodulated amplitude) Two independent modulation analyses were performed using different χ 2 definition. Leff uncertainty is taken into account. The difference between two methods are within 30%. Figure is drawn by Method 1. DAMA/LIBRA region is mostly excluded by our measurement. Model assumption V 0 : km/s V esc : km/s ρdm: 0.3 GeV/cm 3 Lewin, Smith (1996) Method 1 (pull term) Method 2 (covariance matrix) PLB (2016) The first extensive search against the DAMA region, including electron recoils. 48
49 Search for annual modulation (3) Annual modulation signal is searched for without any model assumption. A i (modulated amplitude) and C i (unmodulated amplitude) are fitted by : Amplitude as function of energy Byeongsu t 0 =152.5days, T=365.25days, fitting range : keV ee Small negative amplitude is observed in keV ee region. Significance was evaluated with test statistic (10,000 dummy samples) and no significant modulated signal has been observed. (p-value=0.014(2.5s) and 0.068(1.8s) for 2 methods.) Direct comparisons with other experiments: more stringent constraint. PLB (2016) Experiments Amplitude(events/day/kg/keV ee ) DAMA/LIBRA XENON100 XMASS ~0.02, keV ee 3.7 x 10-3, 90% C.L. upper limit, keV ee (*) ( )x 10-3, 90% C.L. positive upper limit, 2-6keV ee 49 *Estimated based on PRL 115 (2015) and Science 349 (6250) (2015) 852
50 ダークマター: 最 前 線 低 閾 値 検 出 器 SOI 検 出 器 有 機 半 導 体
51 PRL73(1994)1067 はるかはるか 昔 身 内 : 博 士 1 年 What is this? It s a lightsaber, Jedi s wepon
52 Another piece of information PRL73(1994)1067 原 子 核 飛 跡 原 子 核 飛 跡 +E R DRIFT
53 飛 跡 検 出 のメリット 季 節 変 動 (5% 以 下 )と 比 較 して 確 実 な 証 拠 となる ( 前 後 の 非 対 称 度 は 最 大 で10 倍 ) 検 出 の 後 には 暗 黒 物 質 の 性 質 解 明 季 節 変 動
54 The Empire: 英 国 DRIFTグループ 1m 3 2 台 目 (3 台 目 も 完 成 ) 地 下 で1 年 以 上 稼 働 主 にバックグラウンドの 研 究 ピッチが 少 々 荒 い 3 次 元 飛 跡 が 取 りずら い 2007 年 9 月 30 日
55 はるか 昔 身 内 : 博 士 2 年 You have to go to the DAGOVA system and learn the force.
56 After the coulomb WAR 最 初 は10cm 角 のμPICも 放 電 まみれ でしたが 現 在 は30cmキューブが 地 下 で 安 定 動 作 中 現 在 の 検 出 器 ガス 部 μpic
57 飛 跡 検 出 イメージング 中 性 子 に 反 跳 された 陽 子 を 検 出 前 方 に 散 乱 される 様 子 が 見 えている WIMP フッ 素 の 反 跳 で 見 たい 現 象 をエ ミュレート CF 4 +C 4 H Cf run 30cm Z(drift) 0cm -15cm X 15cm 陽 子 飛 跡 の 例 -15cm 252 Cf n ガス:CF4+C4H10 (10%) 0.2 気 圧 252 Cf (NE45 zenith35 ) Y 15cm q γ p n 0 Cos γ 1 陽 子 の 飛 跡 で 描 いた イメージ Jan 27, rd MPGD workshop
58 The emperor ひとむかし (IDM2006) Young JEDI I see you have constructed a new light saber. Your skills are complete.
59 地 上 ( 京 大 ) でのDM 探 索 実 験 原 子 核 飛 跡 を 用 いた 手 法 では 初 めて 2006 年 11 月 1 日 ~ 11 月 27 日 exposure 0.15 kg days シールドなし PLB654 (2007) 58 North sky view seen by C and F nuclei ( keV) 得 られた エネルギースペクトル DM direction
60 Last Week ( 英 国 シェフィールド) Encountered the Awakening of the Force
61 NEWAGE detector NEWAGE-0.3b Detection Volume: cm 3 Gas: CF4 at 0.1atm (50keVee threshold) Gas circulation system with cooled charcoal
62 NEWAGE-0.3b inside view Detection Volume: cm 3 Field cage Drift length: 41cm PEEK + copper wires m-pic(micro-pixel chamber) cm 2 - pitch : 400mm - gain : ~ made by DNP, Japan GEM cm 2-8-segmented - hole pitch : 140mm - hole diameter: 70mm - insulator : LCP 100mm - gain : ~5 - made by Scienergy, Japan
63 NEWAGE-0.3b readouts m-pic is X-Y readout General purpose FPGA-based electronics since early 2000 s 256ch connector NEWAGE-0.3b (inside) 256ch ASD box FPGAs
64 TOT (time-over-threshold) NEWAGE-0.3b data TOT of every strip by FPGA (clock 100MHz) 3D tracks, headtails in X,Y Summed waveforms by FADC (100MHz) energy, headtails in Z + combined PID, absolute z neutron image cosq distribution ( keV) raw track data sample Blue:measured Green:simulation(s=40deg)
65 NEWAGE underground run RUN14 period : 2013/7/20-8/11, 10/19-11/12 live time : 31.6 days fiducial volume:28x24x41cm 3 mass : 10.36g exposure : kg days Energy spectrum RUN5 (NEWAGE-0.3a) RUN14 (NEWAGE-0.3b) Energy spectrum Threshold : 100 => 50keV BG rate : 1/10@100keV Skymap, cosq distribution Set limit by significant difference in 2-binned measured cosq and DM-wind simulated cosq 50-60keV skymap cosθ distribution keV
66 red : gas, with directional analysis blue : gas, without directional analysis green : solid, liquid detector Obtained limit : (Best direction-sensitive limit) Improved one order of magnitude from previous RUN5 PTEP (2015) 043F01s
67 message to young apprentice いろいろなところにきっかけがあるはず 広 く 興 味 をもって 挑 戦 してください May the force be with all of YOU. ご 清 聴 ありがとうございました
NEWAGE
世界の暗黒物質直接探索実験 New generation WIMP search with an advanced gaseous tracker experiment 内容暗黒物質探索実験 NEWAGE 京都大学 宇宙線研究室 身内賢太朗 名古屋大学 GCOE プログラム 宇宙基礎原理の探求 若手分野横断セミナー はじめまして 東大 みのわ研 (~2002) ボロメータを用いた暗黒物質探索実験 (D
発表済み論文 K. Abe et al. / Physics Letters B 79 (23) 78 82 8 Light WIMP search Physics Letters B 79 (23) 78 82 Data DAMA/LIBRA等で示唆さ れる軽い暗黒物質探索 8GeV signal MC XMASSで観測したevent rateを上回る領域を排除 select these events
CMB and DM (Cosmic Microwave Background and Dark Matter) ~ ~
2003 2003 62 CMB and DM (Cosmic Microwave Background and Dark Matter) ~ ~ -PIC PIC CMB DM http://www-cr.scphys.kyotou.ac.jp cr.scphys.kyotou.ac.jp/ member/miuchi/education/lecture/2003_1st/ up up 5 223
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masato@icrr.u-tokyo.ac.jp 996 Start 997 998 999 000 00 00 003 004 005 006 007 008 SK-I Accident Partial Reconstruction SK-II Full reconstruction ( SK-III ( ),46 (40%) 5,8 (9%),9 (40%) 5MeV 7MeV 4MeV(plan)
スーパーカミオカンデにおける 高エネルギーニュートリノ研究
2009 11 20 Cosmic Ray PD D M P4 ? CR M f M PD MOA M1 ν ν p+p+p+p 4 He +2e - +2ν e MeV e - + p n+ ν e γ e + + e - ν x + ν x p + p, γ + p π + X π µ + ν µ e + ν µ + ν e TeV p + p π + X π µ + ν µ e + ν µ +
浜松医科大学紀要
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CRC 22 1 3 2 4 2-1 2-2 2-3 2-4 3 9 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 4 12 Appendix 1. CRC 13 Appendix 2. 14 Appendix 3. 17 LCGT 18 DECIGO 18 XMASS 19 GADZOOKS! 20 NEWAGE( ) 21 22 24 CTA (Cherenkov Telescope Array) 25
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特 別 記 事 ミリ 波 サブミリ 波 帯 天 文 観 測 装 置 アルマ 望 遠 鏡 国 立 天 文 台 チリ 観 測 所 ALMA 室 井 口 聖 (アルマ 東 アジアプロジェクトマネージャ) 平 松 正 顕 ( 教 育 広 報 主 任 ) 1. アルマ 望 遠 鏡 とは アルマ 望 遠 鏡 (アタカマ 大 型 ミリ 波 サブミリ 波 干 渉 計 :Atacama Large Millimeter/submillimeter
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1.7 D D 2 100m 10 9 ev f(x) xf(x) = c(s)x (s 1) (x + 1) (s 4.5) (1) s age parameter x f(x) ev 10 9 ev 2
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目 次 動 作 環 境 特 長 方 法 方 法 起 動 終 了 方 法 方 法 操 作 方 法 使 方 使 方 使 方 詳 細 設 定 使 方 KINGSOFT Office 2016 動 作 環 境 対 応 日 本 語 版 版 共 通 利 用 上 記 動 作 以 上 以 上 空 容 量 以 上 他 接 続 環 境 推 奨 必 要 2 KINGSOFT Office 2016 特 長 主 特 長 以
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