14
方方方方方方方方方方方方方 方方方方方方 NEWAGE project 方方方方 方方方方方 方方 方方方方方 With μ-PIC 方方方方方方 方方方 方方 方方方 方方方方 、、 方方方方 方方方方 、、 方方方方 方方方方 Direction SensitiveWIMP-search with n Advanced Gaseous tracking Device TALK PLAN 1. NEW WIMP-wind 2. AGE -TPC 3. NEWAGE : DM search with - TPC 4. Road to the NEWAGE 2003 Oct. 16, TEA03 “New direction of particle physics” First paper will appear in PLB.

方向に感度を持つ検出器での 暗黒物質探索 ~ NEWAGE project ~ 京都大学 理学研究科 助 手 身内賢太朗 With μ-PIC 開発グループ 谷森達、窪

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Page 1: 方向に感度を持つ検出器での 暗黒物質探索 ~ NEWAGE project ~ 京都大学 理学研究科 助 手 身内賢太朗 With μ-PIC 開発グループ 谷森達、窪

方向に感度を持つ検出器での暗黒物質探索

~ NEWAGE   project ~京都大学 理学研究科 助

手身内賢太朗With μ-PIC 開発グループ 

谷森達、窪 秀利竹田敦、永吉勉、

折戸玲子、植野優、高田淳史、岡田葉子

Direction Sensitive WIMP-searchwith

an Advanced Gaseous tracking Device

TALK PLAN

1. NEW : WIMP-wind

2. AGE : -TPC

3. NEWAGE : DM search with -TPC

4. Road to the NEWAGE2003 Oct. 16, TEA03 “New direction of particle physics”

First paper will appear in PLB.

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Dark Matter : two results reported in 2003Dark Matter : two results reported in 2003

WMAP : WMAP : mmhh22=0.135=0.135+0.008+0.008

DAMA (100kg NaI) :DAMA (100kg NaI) : seven years’ observation seven years’ observation

NASA/WMAP Science Team

1. Directio1. Directionn-sensitiv-sensitivee WWIMP-searchIMP-search ::                                      WIMP-WINDWIMP-WIND

- 0.009- 0.009

Other exps. say “NO” to DAMA

PLB545(2002)43

astro-ph/0307403 : DAMA’s “signal”

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Investigate DAMA’s region (and deeper) Investigate DAMA’s region (and deeper)                                  with a more reliable with a more reliable methodmethod

DAMA and other exps. : DAMA and other exps. : Annual modulaitonAnnual modulaiton

Alternative method :Alternative method :

Direction Sensitive WIMP-searchDirection Sensitive WIMP-search

Newage.swf

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WIMP-windWIMP-wind

Annual modulationAnnual modulation- rate difference : a few%- rate difference : a few%

“WIMP-wind”ScintillatorsScintillators

• - Tokyo

Gas detectorsGas detectors• - DRIFT ( UK )

- NEWAGE ( Kyoto )

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2. 2. AAdvanced dvanced GGaseous tracking Devicaseous tracking Devicee : : -TPC-TPC

Preceding project : DRIFT(UK) Preceding project : DRIFT(UK) MWPC with 2mm pitchMWPC with 2mm pitch

2-D tracks only2-D tracks only

Our “AGE”: Our “AGE”: -TPC-TPC400400m pitchm pitch

3-D tracks3-D tracks

http://www.shef.ac.uk/~phys/http://www.shef.ac.uk/~phys/research/pa/DRIFT.htmlresearch/pa/DRIFT.html

1m1m

electron (~100 keV) and proton (0.8GeV) tracks detected by our -TPC

10cm10cm ~×10 sensitivities

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Properties of Properties of -TPC-TPCKEY device: KEY device: -PIC-PIC- 2D gaseous imaging detector- 2D gaseous imaging detector

- Printed Circuit Board technology- Printed Circuit Board technology large area, cheap large area, cheap

- No 3D geometry- No 3D geometry mechanically-stable mechanically-stable

400μm

We are developing 30×30cm2 –PIC now.

10×10cm2

10×10cm2 –PIC works very well.

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Gain map Cathode

Ano

de

VA = 560VPerformance of Performance of -PIC-PIC

Gas gain ~ 9000 @Va=600VGas gain ~ 9000 @Va=600V

gain uniformity~ 7gain uniformity~ 7No ion feedbackNo ion feedback

Test chart X-ray imageTest chart X-ray image (Xe:C (Xe:C22HH66 7:3) 7:3)

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30cm

40cmμ-PICμ-PIC

encoder encoder 5 5 FPGAsFPGAsanode–cathodeanode–cathodecoincidence @ 20MHzcoincidence @ 20MHz

pre-amplifierpre-amplifierATLAS ASDATLAS ASD

Readout electronicsReadout electronics

READY FOR READY FOR      SCALING UPSCALING UP

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“Bragg curve”

Performance of Performance of -TPC-TPC10×10×8cm10×10×8cm33    μ-TPC : developedμ-TPC : developed

Tracking including the directionTracking including the direction (( >>3mm3mm ))Fine spatial resolution Fine spatial resolution (2D(2D :: 120μm, 3D120μm, 3D :: 320μm)320μm)

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dE/dX [keV/cm]

χ2 /

d.o

.f

dE/dX [keV/cm]

252Cf (n+γ)

22Na (γ)

nucleus eventnucleus event

Background rejectionBackground rejectionParticle I.D.Particle I.D. (DM: nucleus BG-gamma: electron)(DM: nucleus BG-gamma: electron)             >95>95 % % gamma-ray rejection (very preliminary gamma-ray rejection (very preliminary study)study)

Experimental resultsSimulations( 25keV F ion in 20 Torr CF

4 )

2mmc.f. 25keV electron :>10cm

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3. 3. NEWAGE : DM search with NEWAGE : DM search with -TPC-TPCExpected WIMP-signalsExpected WIMP-signals

Recoil angle distributionRecoil angle distribution

Forward-backward asymmetryForward-backward asymmetryWIMPWIMP WIND WIND γ γ

FF

hatched : WIMPpainted : neutron BG

Simulation conditions:

Kamioka50 water shield-ray BG 100% rejectedCF4 20Torrtrack>3mmEth=25keV

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SensitivitiesSensitivities““Detection” by Detection” by Forward/BackwardForward/Backward 3σasymmetry3σasymmetry

Simple and reliableSimple and reliable

   Xe for Spin-Dependent Xe for Spin-Dependent CFCF44 for Spin-Independent for Spin-Independent

  New Journal of Phys.2(2000)14

SD

SI

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4. Road to the NEWAGE 4. Road to the NEWAGE

-ray BG rejection -ray BG rejection Electron diffusion Electron diffusion Long term operationLong term operationLow pressure operationLow pressure operation

NEWAGE NEWAGE eveeve (R&D with 30cm cube) (R&D with 30cm cube)

BRAND-NEWAGEBRAND-NEWAGE             (1m(1m33×30)×30)

2003

2005+

201?

NEWAGE (1mNEWAGE (1m33) ) 1m1m33micro-TPCmicro-TPC

NEONEO

μ-PICμ-PIC

Drift planeDrift plane

micro-TPC 27mmicro-TPC 27m33

WATER 50cm

SmithSmith

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SUMMARYSUMMARY

Detecting the WIMP-windDetecting the WIMP-wind by direction-by direction-sensitive methodsensitive method

Much more reliable method Much more reliable method thatha n n annual modulationannual modulation

Now μ-TPC is at hand, so why don’t we Now μ-TPC is at hand, so why don’t we open up the NEWAGE?open up the NEWAGE?

ご支援よろしくお願いいたします。