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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10006612&local_id=10011214
차세대 중성미자 진동및 암흑물질 탐색 실험 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 차세대 중성미자 진동및 암흑물질 탐색 실험 연구 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김영덕(세종대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number C00019
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 08월 07일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • 우주의 구성요소는 4.7%의 Baryon, 29%의 Matter로 이루어져 있고, 나머지는 아직 잘 알려져 있지 않은 암흑에너지로 알려져 있다. Matter중에서도 대부분은 암흑물질로 물리학에서 아직 확인되지 않은 물질로 이루어져 있으며, 우주의 95%의 구성요소에 대하여 물리학은 아직 해답을 가지고 있지 않다. 본 연구는 이러한 암흑물질의 유력한 후보중의 하나인 WIMP 입자들을 직접적으로 측정하고자 하는 차세대 실험을 준비중인 외국의 연구소에서 WIMP 탐색실험을 수행하는 것이다. 현재 계획중인 대표적인 차세대 실험중에서 일본의 XMASS와 미국의 XENON, 영국의 ZEPLIN등은 모두 공히 액체 Xenon을 사용하는 것이 특징이다. 미국의 콜롬비아 대학의 XENON 프로젝트에 참가하여 암흑물질 탐색 연구의 국내 연구에 도움이 되고자 하였다. calibration 소스로 Gd-148 alpha source를 사용한 중성자 소스에 대한 개념 개발을 하였고, 원자로 중성미자와 제논 원자핵과의 탄성충돌을 액체제논 검출기로 실험할 수 있는 가능성에 대하여 연구하였다. 또한 트리튬 중성미자의 공명반응에 대하여 최근의 제안을 비판적으로 검토하여, 그 가능성과 기술적 어려움에 대하여 정리하였다.
  • English
  • The Universe is composed with 4.7% of Baryons, 29% of Matter, and Dark Energy for the others. Most of the Matter is not known, which is Dark Matter, and we don't have answer on 95% of the Universe. This research is to conduct a dark matter search experiment in foreign research institute which is preparing a next-generation dark matter search experiment. Among the next-generation dark matter experiments, XMASS in Japan, XENON in USA, and ZEPLIN in UK are all common in using liquid xenon as detector material. Through this research I wanted to be helpful in the domestic dark matter search experiment. I conceptually developed a neutron source made with Gd-148 alpha source and Berillium plate. Also I did research on the possible experiment on the elastic scatteing of reactor neutrinos on xenon nuclei. I also studied the possibilities and technical difficulties on the recent proposal of resonant neutrino interaction by tritium neutrinos.
Research result report
  • Abstract
  • 최근의 우주배경복사 스펙트럼의 정밀한 측정과 type I 슈퍼노바 측정에 의하면 우주의 구성요소는 4.7%의 Baryon, 29%의 Matter로 이루어져 있고, 나머지는 아직 잘 알려져 있지 않은 암흑에너지로 알려져 있다. Matter중에서도 대부분은 암흑물질로 물리학에서 아직 확인되지 않은 물질로 이루어져 있으며, 우주의 95%의 구성요소에 대하여 물리학은 아직 해답을 가지고 있지 않다. 이러한 암흑물질의 유력한 후보중의 하나인 WIMP 입자들을 실험실에서 직접적으로 핵과의 산란을 통하여 측정하고자 하는 실험들이 연구되고 있다. 현재 계획중인 대표적인 차세대 실험중에서 일본의 XMASS와 미국의 XENON, 영국의 ZEPLIN등은 모두 공히 액체 Xenon을 사용하는 것이 특징이다. 액체 Xenon은 배경방사능, 섬광효율등의 면에서 가장 유력한 검출기의 하나로서, 1톤의 대용량의 검출기를 목표로 개발되고 있다. 본 연구에서는 미국의 콜롬비아 대학의 XENON 프로젝트에 참가하여 암흑물질 탐색 연구의 국내 연구에 도움이 되고자 하였다. calibration 소스로 Gd-148 alpha source를 사용한 중성자 소스에 대한 개념 개발을 하였고, 원자로 중성미자와 제논 원자핵과의 탄성충돌을 액체제논 검출기로 실험할 수 있는 가능성에 대하여 연구하였다. 또한 트리튬 중성미자의 공명반응에 대하여 최근의 제안을 비판적으로 검토하여, 그 가능성과 기술적 어려움에 대하여 정리하였다.
  • Research result and Utilization method
  • (1) XENON 검출기의 S1 and S2 시그널의 연구로 S1과 S2 사이에 S2에 비례하는 양의 작은 시그널이 random하게 분포하고 있다는 것을 밝혔다. 이는 PTFE에 포획된 전자의 방출로 예상된다.
    (2) 액체 제논을 사용한 검출기 XENON-10의 calibration을 위한 중성자 소스의 개념을 개발하였다. Gd-148 alpha 소스를 Be plate에 입사시키는 것으로 중성자 방출을 원격 조절할 수 있다.
    (3) 원자로 중성미자와 핵자(Ar, Xe)와의 탄성충돌을 측정할 수 있는 액체 알곤(제논) 검출기를 상정하고, 그 event rate를 비교하였다. 또한 J-Park의 large angle off-axis 빔을 사용한 실험도 연구하였다.
    (4) 트리튬 중성미자의 공명 반응을 통한 중성미자 진동실험연구의 제안에 대하여 체계적인 분석을 하였고, 이 제안이 갖고 있는 가장 큰 문제점은 물질내 원자의 에너지 상태의 폭을 어떻게 증명하는가 하는 것이라는 것을 결론지었다.
    (5) 이 방문 연구로 불활성기체를 사용하는 암흑물질 탐색 실험과의 상호 이해를 높였고, 차세대 중성미자 국내 실험의 방향을 정하는데 도움이 되었다.
  • Index terms
  • 암흑물질, 암흑에너지, 제논, WIMP, 섬광효율, 중성미자, 중성미자 진동, 원자로 중성미자, 가속기 중성미자
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