超伝導温度計による極低温稀少現象の探索

超伝導温度計による極低温稀事象探索（CRESST ）は、暗黒物質の直接探索のための極低温検出器の構築に携わるヨーロッパの実験粒子物理学グループの共同プロジェクトです。参加機関は、マックス・プランク物理学研究所（ミュンヘン）、ミュンヘン工科大学、テュービンゲン大学（ドイツ）、オックスフォード大学（イギリス）、ブラティスラバ・コメニウス大学（スロバキア）、国立原子物理学研究所（INFN、イタリア）です。^[1]

CRESST 共同研究は現在、グラン・サッソ国立研究所の地下実験室で極低温検出器のアレイを稼働させています。CRESST が使用するモジュール式検出器は、シンチレーションするタングステン酸カルシウム結晶からのフォノン信号と光子信号を同時に測定することで、背景放射線イベントの識別を容易にします。検出器を数ミリケルビンの温度まで冷却することで、検出器の優れた識別力とエネルギー分解能により、まれな粒子イベントの識別が可能になります。

CRESST-Iは、 2000年にタングステン温度計付きのサファイア検出器を使用してデータを取得しました。CRESST -IIはCaWO ₄結晶シンチレーションカロリメータを使用します。2004年に試作され、2007年に47.9 kg/日の試運転が行われ、2009年から2011年まで運用されました。CRESST-IIフェーズ1実験では、既知の背景を超える過剰イベントが観測され、これは暗黒物質信号を構成するものと理解されました。しかし、その後の分析により、これらの過剰イベントは、検出器自体からの以前はカウントされていなかった過剰背景によるものであり、暗黒物質からの真の信号ではないことが判明しました。^[2]検出器の過剰背景の原因はフェーズ2で除去されました。

フェーズ2では、放射純度が向上し、検出器が改良され、バックグラウンドが大幅に減少した新しいCaWO ₄結晶が使用されています。2013年7月に、前回の実行で発生した過剰信号の調査が開始されました。フェーズ2の結果では、予想されるバックグラウンドを超える信号は見られず、フェーズ1の結果は検出器のコンポーネントによる過剰バックグラウンドによるものであることが証明されました。^[2]

CRESST-IIはタングステン180（¹⁸⁰ W）のアルファ崩壊を初めて検出しました。^[3] CRESST-IIフェーズ1の完全な結果は2012年に発表されました。^[4] 新しいフェーズ2の結果は2014年7月に発表されました^{[5] 3 GeV/c}²未満のWIMP質量に対するスピン非依存WIMP-核子散乱の制限。

2015年にCRESST検出器は感度係数が100倍にアップグレードされ、陽子程度の質量を持つ暗黒物質粒子を検出できるようになりました。^[6]

2019年、研究チームは2016年から2018年にかけて実施されたCRESST-IIIの第1フェーズの結果を報告した。CRESST-IIIでは、エネルギー閾値をCRESST-IIの約1/10の30.1 eVに下げた23.6 gのCaWO _{4検出器を1台使用した。これにより、}パイ中間子よりわずかに重い0.16 GeV/c ²の軽いWIMPの検出が可能になった。179 Taの電子捕獲崩壊によるイベントが多数あったにもかかわらず、200 eV未満のイベントが原因不明で過剰に発生した。^[^7]

この実験では、100個の検出器モジュールを収容できるようにアップグレードする計画がある。^[8]

参考文献

^ 「CRESST: ホーム」.
^ ab Davis, Jonathan (2015). 「光暗黒物質直接検出の過去と未来」。Int . J. Mod. Phys. A . 30 (15): 1530038. arXiv : 1506.03924 . Bibcode :2015IJMPA..3030038D. doi :10.1142/S0217751X15300380. S2CID 119269304.
^ラファエル ・ラング、ヴォルフガング・ザイデル (2009)。「CRESST による暗黒物質の探索」。New Journal of Physics。11 (10): 105017。arXiv : 0906.3290。Bibcode : 2009NJPh ...11j5017L。doi : 10.1088/1367-2630 / 11/10/105017。
^ アングロハー、G;バウアー、M;バヴィキナ、私。ベント、A;ブッチ、C;シエムニアック、C;ドイター、G;フォン・フェイリッチュ、F;ハウフ、D;ハフ、P;イサイラ、C;ヨッフム、J;キーファー、M;キンメル、M;ランフランキ、J. -C;ペトリッカ、F;フィスター、S;ポッツェル、W;プロブスト、F;ラインドル、F;ロス、S;ロットラー、K;セイラー、C;シャフナー、K;シュマーラー、J;ショール、S;サイデル、W;シヴァーズ、M.v;ストドルスキー、L;他。 (2012 年 4 月 12 日)。「CREST-II暗黒物質探索の730kg日の結果」。ヨーロッパ物理ジャーナルC. 72 (4): 1971. arXiv : 1109.0702 . Bibcode :2012EPJC...72.1971A. doi :10.1140/epjc/s10052-012-1971-8. S2CID 119283621.
^ CRESST コラボレーション、改良型 CRESST-II 検出器を使用した低質量 WIMP の結果、https://arxiv.org/abs/1407.3146
^ 「新しい検出器により軽量暗黒物質粒子の探索が可能に」PhyOrg 2015年9月2015年9月14日閲覧。
^ AH Abdelhameed et al. (CRESST Collab.) (2019年3月31日). 「CRESST-III低質量暗黒物質プログラムの最初の結果」. Physical Review D . 100 (10): 102002. arXiv : 1904.00498 . Bibcode :2019PhRvD.100j2002A. doi :10.1103/PhysRevD.100.102002. S2CID 90261775.
^ 「CRESST-III実験による暗黒物質の探索」（PDF）Indico.cern。2020年7月28日。 2022年1月20日閲覧。

外部リンク

クレス公式サイト
クレスツ出版 2004
クレスツ出版 2011
グランサッソ国立研究所

[1] 「CRESST: ホーム」.

[:0-2] Davis, Jonathan (2015). 「光暗黒物質直接検出の過去と未来」。Int . J. Mod. Phys. A . 30 (15): 1530038. arXiv : 1506.03924 . Bibcode :2015IJMPA..3030038D. doi :10.1142/S0217751X15300380. S2CID 119269304.

[3] ^ラファエル ・ラング、ヴォルフガング・ザイデル (2009)。「CRESST による暗黒物質の探索」。New Journal of Physics。11 (10): 105017。arXiv : 0906.3290。Bibcode : 2009NJPh ...11j5017L。doi : 10.1088/1367-2630 / 11/10/105017。

[4] アングロハー、G;バウアー、M;バヴィキナ、私。ベント、A;ブッチ、C;シエムニアック、C;ドイター、G;フォン・フェイリッチュ、F;ハウフ、D;ハフ、P;イサイラ、C;ヨッフム、J;キーファー、M;キンメル、M;ランフランキ、J. -C;ペトリッカ、F;フィスター、S;ポッツェル、W;プロブスト、F;ラインドル、F;ロス、S;ロットラー、K;セイラー、C;シャフナー、K;シュマーラー、J;ショール、S;サイデル、W;シヴァーズ、M.v;ストドルスキー、L;他。 (2012 年 4 月 12 日)。「CREST-II暗黒物質探索の730kg日の結果」。ヨーロッパ物理ジャーナルC. 72 (4): 1971. arXiv : 1109.0702 . Bibcode :2012EPJC...72.1971A. doi :10.1140/epjc/s10052-012-1971-8. S2CID 119283621.

[CRESSTII0714-5] CRESST コラボレーション、改良型 CRESST-II 検出器を使用した低質量 WIMP の結果、https://arxiv.org/abs/1407.3146

[6] 「新しい検出器により軽量暗黒物質粒子の探索が可能に」PhyOrg 2015年9月2015年9月14日閲覧。

[7] AH Abdelhameed et al. (CRESST Collab.) (2019年3月31日). 「CRESST-III低質量暗黒物質プログラムの最初の結果」. Physical Review D . 100 (10): 102002. arXiv : 1904.00498 . Bibcode :2019PhRvD.100j2002A. doi :10.1103/PhysRevD.100.102002. S2CID 90261775.

[8] 「CRESST-III実験による暗黒物質の探索」（PDF）Indico.cern。2020年7月28日。 2022年1月20日閲覧。

参考文献

外部リンク

関連するトピック

暗黒物質の

マックス・プランク物理学研究所

ミュンヘン

工科大学、テュービンゲン大学