検出原理
液体キセノンはダークマターをとらえやすい
XMASS（エックスマス）実験は、液体キセノン（約-100℃）を詰めた検出器でダークマターを直接とらえます。
液体キセノン検出器には、次のような特徴があります。(1)発光量が多く、(2)１トンクラスの大型化が容易、また、(3)液体、気体、固体の各相が利用できるため内部のバックグラウンドのもとであるウランやトリウムなどを極端に少なく出来ることです。ダークマターがキセノン原子核と弾性散乱する際にエネルギーの一部を落とし、液体キセノンがエネルギーに比例して発光します。発光された光は液体キセノンを囲んだ多数の光電子増倍管で捕らえます。
バックグラウンドの少ない”きれいな”検出器が必要
ダークマターからの信号は非常に稀で、なおかつ、非常に小さいエネルギーであるため、放射線バックグランドをいかに落としてエネルギーしきい値を下げるかにかかっています。XMASSグループでは、この実験に特化した“極低放射能”光電子増倍管を浜松ホトニクスと共同で開発しました（図５）。この光電子増倍管は、効率良く液体キセノンからのシンチレーション光を検出するだけでなく、光電子増倍管自身に含まれるウランやトリウムが従来のものよりも２桁以上少ないものになっています。また、キセノンは原子番号が54と大きいため、“自己遮蔽”が有効で、外部からのガンマ線バックグランドを大幅に減らすことが可能です。
既存実験の約50倍の検出感度
ダークマター直接探索実験は世界中で行われており、激しい国際競争の中にあります。図６はダークマター探索実験の感度をダークマターの質量を横軸、ダークマターと核子の反応率を縦軸として示したものです。青と緑の線は既存の実験による検出感度、黄色い丸は特に可能性が高いと考えられている部分です。XMASS実験では、既存のダークマター探索実験の約50倍の感度を持ち、いち早く超対称理論で予想されるパラメータ領域（グレーの領域）に大きく踏み込み、直接探索によってダークマターを発見する可能性が大きいと考えられています。
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