暗黒物質研究のダークホースDarkSide-50

宇宙の26%を構成する暗黒物質の研究に関わっている研究所や研究チームはいくつかあり、巨大な加速器からシンチレータ検出器プールまでがこの「見えない物質」の正体をみいだすため精力的な研究に余念がない。それらのなかでもイタリアのアペニン山脈の地下で、複雑な検出器システムが宇宙の暗黒物質を探求している。この計測システムはDarkSide-50とよばれるプロジェクトに基づいている。

 

DarkSide-50

イタリアの研究チームはグランサッソ国立研究所に設置されたDarkSide-50の主要コンポーネントのグリッドを設計製作した。KEKの加速器コンポーネントの設置に全国の大学院生が協力するように、イタリアの大学の学部学生が作業に加わっている。

暗黒物質はその重力効果から推測することができる。しかし「通常の、すなわち暗黒物質やダークエネルギーでない」物質とほとんど相互作用しないので、それを特定するのが非常に困難である。

DarkSide-50は、アルゴンガスの小さなポケットを上部に持つ液体アルゴンのタンクをターゲットとして使用し、暗黒物質を構成すると考えられる粒子を検出する。液体アルゴンはダークマター粒子のターゲットであり、ガスポケットは得られた信号を増幅するためのものである。アルゴンコアは外側が、大量の液体シンチレーターで囲まれている。

 

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Credit: DarkSide-50

 

これは、放射線から遮蔽するためである。粒子がアルゴン原子の核に当たったときに生成される光信号が計測される。光を集める効率が悪く、電荷が捕捉されたり、エッジ効果によってエネルギーが失われたりする場合、検出器の境界で起こるイベントを探すことになる。

マックス・プランク研究所によるミレニアム・シミュレーション(Millennium Simulation)は、既知の宇宙の断面における物質分布を示すことができる。しかし暗黒物質の検出は根気のいる仕事である。

UCLAのDark Matter 2018シンポジウムで、DarkSide-50チームによる暗黒物質に対する検出装置の高感度化についての発表があった。加速器がルミノシテイを上げてより多くのイベントを捉えようとするように、DarkSide-50研究チームによる高感度計測は暗黒物質研究のダークホースになるかもしれない。下図がアルゴンコア。上下にシンチレータ検出器が対向している。

 

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Credit: DarkSide-50

 

イタリアの研究チームはグランサッソ国立研究所に設置されたDarkSide-50の主要コンポーネントのグリッドを設計製作した。KEKの加速器コンポーネントの設置に全国の大学院生が協力するように、イタリアの大学の学部学生が作業に加わっている。

暗黒物質はその重力効果から推測することができる。しかし「通常の、すなわち暗黒物質やダークエネルギーでない」物質とほとんど相互作用しないので、それを特定するのが非常に困難である。

DarkSide-50は、アルゴンガスの小さなポケットを上部に持つ液体アルゴンのタンクをターゲットとして使用し、暗黒物質を構成すると考えられる粒子を検出する。液体アルゴンはダークマター粒子のターゲットであり、ガスポケットは得られた信号を増幅するためのものである。アルゴンコアは外側が、大量の液体シンチレーターで囲まれている。

 

Scapparone

Credit: DarkSide-50

これは、放射線から遮蔽するためである。粒子がアルゴン原子の核に当たったときに生成される光信号が計測される。光を集める効率が悪く、電荷が捕捉されたり、エッジ効果によってエネルギーが失われたりする場合、検出器の境界で起こるイベントを探すことになる。

マックス・プランク研究所によるミレニアム・シミュレーション(Millennium Simulation)(注1)は、既知の宇宙の断面における物質分布を示すことができる。しかし暗黒物質の検出は根気のいる仕事である。

UCLAのDark Matter 2018シンポジウムで、DarkSide-50チームによる暗黒物質に対する検出装置の高感度化についての発表があった。加速器がルミノシテイを上げてより多くのイベントを捉えようとするように、DarkSide-50研究チームによる高感度計測は暗黒物質研究のダークホースになるかもしれない。

(注1)20億立方光年という広大な領域にある100億個以上の粒子の分布の移り変わりをシミュレーションする国際コラボレーション。

 

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