暗黒物質探査に新装置「TESSERACT」参戦(Small but mighty: TESSERACT joins the hunt for dark matter)

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2025-04-15 アルゴンヌ国立研究所

米国エネルギー省(DOE)の複数の国立研究所と大学による共同研究チームは、新たな暗黒物質探索実験「TESSERACT」を開発しました。この実験は、切手よりも小さい高感度の超伝導検出器を用いて、従来の実験では探査が困難だった低質量の暗黒物質(44~87 MeV/c²)を対象としています。TESSERACTは、超伝導転移端センサー(Transition-Edge Sensors)を使用し、極低温(約8ミリケルビン)での微細なエネルギー変化を検出します。初期の実験では、これまで未探索だった質量領域での暗黒物質の存在を調査しましたが、現時点では検出されていません。今後、フランスのモダン地下研究所にて、より大規模な装置でさらなる探査が計画されています。

<関連情報>

TESSERACT共同研究による低閾値2チャンネル熱フォノン検出器における光ダークマター相互作用の第一限界
First Limits on Light Dark Matter Interactions in a Low Threshold Two Channel Athermal Phonon Detector from the TESSERACT Collaboration

C.L. Chang, Y.-Y. Chang, L. Chaplinsky, C.W. Fink, M. Garcia-Sciveres, W. Guo, S.A. Hertel, X. Li, J. Lin, M. Lisovenko, R. Mahapatra, W. Matava, D.N. McKinsey, V. Novati, P.K. Patel, B. Penning, H.D. Pinckney, M. Platt, M. Pyle, Y. Qi, M. Reed, G.R.C Rischbieter, R.K. Romani, B. Sadoulet, B. Serfass, P. Sorensen, A. Suzuki, V. Velan, G. Wang, Y. Wang, S.L. Watkins, M.R. Williams, J.K. Wuko, T. Aramaki, P. Cushman, N.N. Gite, A. Gupta, M.E. Huber, N.A. Kurinsky, J.S. Mammo, B. von Krosigk, A.J. Mayer, J. Nelson, S.M. Oser, L. Pandey, A. Pradeep, W. Rau, T. Saab
arXiv  last revised 28 Mar 2025 (this version, v2)
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.03683

暗黒物質探査に新装置「TESSERACT」参戦(Small but mighty: TESSERACT joins the hunt for dark matter)

We present results of a search for spin-independent dark matter-nucleon interactions in a 1 cm2 by 1 mm thick (0.233 gram) high-resolution silicon athermal phonon detector operated above ground. For interactions in the substrate, this detector achieves a r.m.s. baseline energy resolution of 361.5 ± 0.4 MeV/c2, the best for any athermal phonon detector to date. With an exposure of 0.233g × 12 hours, we place the most stringent constraints on dark matter masses between 44 and 87 MeV/c2, with the lowest unexplored cross section of 4 ×10−32 cm2 at 87 MeV/c2. We employ a conservative salting technique to reach the lowest dark matter mass ever probed via direct detection experiment. This constraint is enabled by two-channel rejection of low-energy backgrounds that are coupled to individual sensors.

1701物理及び化学
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