NEWAGE -- A direction-sensitive dark matter search (New generation - PowerPoint PPT Presentation

NEWAGE -- A direction-sensitive dark matter search (New generation WIMP search with an advanced gaseous tracker experiment) Kentaro Miuchi （ （ （ （ Kyoto University) H. Nishimura T. Tanimori, H. Kubo, S. Kabuki, K. Tsuchiya, A. Takada, Y. Okada, K. Hattori, K. Ueno, S. Kurosawa A. Takeda (ICRR), H. Sekiya (ICRR) K. Miuchi

OUTLINE Direction sensitive DM search Micro-TPC NEWAGE surface run FUTURE PLANS & SUMMARY K. Miuchi June11 2007 DBD07

１ １ １ １ . Direction sensitive DM search “WIMP-wind” detection PLB 578 (2004) 241 SOLAR SYSTEM 220 km/s WIMP V 0 =230 km/s The WIMP-wind K. Miuchi

WHY “Direction-sensitive” ? Large mass for exclusion （ （ and indication ） ） （ （ ） ） BUT Annual modulation is not enough… Direction-sensitive for detection Annual modulation WIMP WIMP γ γ γ γ γ γ γ γ WIND WIND F F direction K. Miuchi

Sensitivities Goal: Detect the WIMP-wind （ （ 2010~ ） ） （ （ ） ） • underground ・ ・ ・ ・ low pressure ( CF 4 0.05 bar ) ・ ・ ・ ・ （ 1m 3 × large volume （ （ （ × × × N ） ） ） ） CURRENT: • surface ・ ・ ・ ・ CF 4 0.2 atm ・ ・ 30cm cube ・ ・ sensitivity K. Miuchi

2 micro-TPC (3D tracking device) 23 × × 28 × × × × 31cm 3 × × Preprints: physics/0701085 K.Miuchi et.al Particle tracks TPC 40cm TPC e X readout GEM( × 10) （ 768ch ） Y readout µ− PIC ( × 5000) （ 768ch ） FAGA position encoder Position （ 1536ch ） Encoder K. Miuchi Feb. 20, 2007 APPEAL07

2D imaging device Particle tracks Takada et. Al. PSD7 µ µ µ µ -PIC (gas gain 5000) 30cm TPC • 400mm pitch e • 589824 pixels GEM 5mm µ− PIC • 768+768 readout GEM (gas gain 10) 140mm pitch 70mm diameter Large area GEM (scienergy) 30cm μ μ PIC μ μ 28cm (Toshiba) 23cm K. Miuchi

TPC system Readout electronics Kubo et. al. IEEE/NSS 2005 • 768 anode + 768 cathode Gas volume • Digital (LVDS) signals at ASD • DRIFT length 31cm • (X,Y,T) at the position encoder • CF 4 0.2bar gas for tracking gas volume TPC system 31cm 100MHz, pipeline ASD + Summed analog signal ENCODER for energy K. Miuchi Feb. 20, 2007 APPEAL07

Proton tracks TPC performance 1: drift[cm] drift[cm] 30cm nuclear tracks, imaging 30 25 252 Cf 20 n CF 4 +C 4 H 10 (9:1) 0.2 atm Z(drift) 15 n -> p forward scattering 10 5 (emulation of WIMP -> F scatterings) -15-10 -5 0 5 10 15 15cm 0cm 0 -15 -10 catode[cm] -5 0 5 anode[cm] 10 15 -15cm -15cm 15cm X Y 252 Cf CF 4 +C 4 H 10 （ NE45 ° （ （ （ ° ° ° 252 Cf run zenith35 ° °） ） ° ° ） ） n θ θ θ θ p 0 1 Recoil direction image Cos θ θ θ θ Jan 27, 2007 3rd MPGD workshop

TPC performance 2: gamma-ray rejection energy length correlation gamma-rays from 137 Cs neutron （ BG ） neutron （ BG ） K. Miuchi

gamma-ray rejection （ （ （ continued ） （ ） ） ） spectrum, BG subtrucction Energy spectrum Subtracted energy spectrum thick: 137Cs run hatched: no source consistent with 0 （ >100keV ） neutron （ BG ） • gamma rejection ＜ ＜ 2e-4 （ ＜ ＜ （ （ statistics limited ） （ ） ） ） K. Miuchi

TPC performance: nuclear track efficiency neutrons from 252 Cf • 0.4 @ 100keV K. Miuchi June 11, 2007 DBD07

3 Surface run Surface run ① ① ① ① 2006 Nov.1 st ~ Nov.27 th exposure 0.15 kg days (=0.0089kg × × 16.7days) × × @Kyoto university (N35.03 E135.783 ） ） ） ） Energy spectrum （ （ （ （ conventional method ） ） ） ） Energy spectrum K. Miuchi

Surface run ② ② ② ② The sky map (by nuclear recoil tracks) flat neutron background is seen North sky view seen by C and F nuclei (100-400keV) DM direction K. Miuchi

Cos θ分布 Surface run ③ ③ ③ ③ (100-400keV) Cos θ θ distribution θ θ consistent with a flat distribution WE ARE HERE DM limit First step to the NEWAGE Jan 27, 2007 3rd MPGD workshop

4 Next step… Go underground Kamioka Kyoto JUST started Osaka KAMIOKA LAB-B 2006/12/12 KAMIOKA LAB-B 2007/1/19 K. Miuchi Jan 27, 2007 3rd MPGD workshop

SUMMARY μ μ μ μ TPC ： ： ： ： 30cm cube in operation direction-sensitive method works! NEWAGE ： ： underground run just started ： ： K. Miuchi