低圧ガス中での GEM の運用

低圧ガス中での GEM の運用中村輝石（京大理）

MPGD 研究会　 2011/12/10

身内賢太朗、谷森達、窪秀利、 Parker D. Joseph 、水本哲矢、高田

淳史西村広展、岩城智、澤野達哉、松岡佳大、古村翔太郎、佐藤快

目次・ NEWAGE 実験・低圧ガスについて・測定結果（ゲイン）・まとめ

　暗黒物質• 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず

⇒ 銀河スケールに暗黒物質

• 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオン分布と異なる

⇒ 銀河団スケールに暗黒物質

• 宇宙論パラメータの測定（ CMB など）から、バリオンの約 5 倍の暗黒物質

⇒ 宇宙論スケールに暗黒物質

⇒ 宇宙の様々な階層に　　　　　非バリオンな " 暗黒物質 "

銀河の回転曲線

銀河団衝突領域

宇宙のエネルギー組成

銀河の中心からの距離 [pc]

星の

回転

速度

[km

/s]

　 NEWAGE

• 暗黒物質の到来方向を測定• 反跳原子核の飛跡を MPGD で測定

前後非対称性

予想される cosθ 分布

cos q

σSD=1pbM=100GeVtarget:F

θDM

Nucleus

New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment

50cm

0.5cm

• ガス : CF4

• 圧力 : 0.1atm

Drift plane

30cm

GEM (8 分割 )• サイズ : 28x23cm or 28x31cm• 厚 : 50mm or 100mm• 穴径 : 70mm• ピッチ : 140mm

m-PIC• サイズ : 30x30cm• ピッチ : 400mm

　三次元飛跡検出器「 μ-PIC 」

　低圧動作• μ-PIC （ 400μm ピッチ）で飛跡を取る• 数 mm の長さが欲しい　　⇒低圧

• 低圧ではピクセル当りの電子数が減少　　⇒高ゲイン

• 50μm 厚 GEM ではゲインに限界　　⇒ 100μm 厚 GEM σ=1pb, M=100GeV, target:F

予想されるエネルギースペクトル

圧力ごとの F の飛跡長（ SRIM ）

長

短

50μm 厚 GEM のゲインカーブ

要請値 1500

　 100um 厚 GEM （ LCP ）

1MΩ 抵抗PEEK 製の枠

銅テープ

GEM-bottomの HV 供給

線

GEM-top のHV 供給線

PEEK 製のネジ

　 GEM の交換

10B 板（エネルギーキャリブレーション

用）

μ-PIC と合体インダクションは 5mm

ドリフトケージに取り付け

　動作確認①　イメージ• バックグラウンドの測定

• 一番上の GEM が死んでる・・・

• 実は上下反転なので 10B 板の領域

x

y

x

y

このままキャリブレーションすらできないのか？！

　動作確認②　 Energy-Length• 壁からの α 線（バックグラウンド）• この関係から calibration が可能• バックグラウンド自体は fidutial-cut で落とせる

SRIM で計算した He の線

TPC ケージ

真空容器

α 線

μ-PIC 面

GEM が死んだ領域はカット

　ゲインカーブ

• インダクションは同じゲインでサチる⇒透過率が 100 ％に漸近• ΔGEM でゲイン上昇• 最高値： 2000@50μm 4500@100μm⇒

● ・・・ 100μm 厚 GEM▲ ・・・ 50μ 厚 GEM

anode:515V,GEM-bottom:280Vanode:515V,ΔGEM:220V

　まとめ• 100μm 厚の大型 GEM を運用開始（ 0.1atm ）

• 一番上の短冊が死んだ　（ Energy-Length の関係から cal は可能）

• ゲインは 4500 まで出る　（ 50μm 厚では 2000 まで）

イメージキャラクター“ だあくまたん "

ありがとうございました

まだだ、まだ終わらんよ