【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】25247035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線 / ミューオン / 国際共同研究 / 空気シャワー / 国際研究者交流 / 米国ユタ州 / テレスコープアレイ

【研究成果の概要】

申請者らは、米国ユタ州における最高エネルギー宇宙線観測実験テレスコープアレイ(TA)、電磁成分に感度のあるシンチレータ地表検出器と大気蛍光望遠鏡で超高エネルギー宇宙線を観測している。アルゼンチンの最高エネルギー宇宙線観測実験Augerグループは、水チェレンコフ地表検出器で観測した、超高エネルギー宇宙線の空気シャワー中のミューオン数が、モンテカルロシミュレーションの予測より約2倍多いという結果を報告した。本研究では、ミューオンに感度のあるAugerの水タンク検出器をTAサイトに移設し、かつシンチレータミューオン検出器を新設し、Augerが報告したミューオン過剰を検証する。
１）Auger地表検出器：TAサイトに設置した北Auger地表検出器を用いて宇宙線のデータを取得している。検出器の較正に用いる、取得した二次宇宙線中の信号波形を、モンテカルロシミュレーションと比較し、よい一致を見た。さらに、TA地表検出器群で得られた空気シャワーのトリガーで同期したAuger検出器の信号の波形データも取得した。設置した南Auger地表検出器も定常的に稼働している。
２）鉛シンチ検出器：TA地表検出器で観測された空気シャワーイベントに同期した信号を集計し、既存のTA地表検出器の構造では見られない上下層間でのシャワー粒子の発達の様子を観測した。実データに対して開発した方法によるミューオン計数を行っている。
３）コンクリートシンチ検出器：シンチ検出器8台中１台は稼働しており、TA地表検出器群による空気シャワートリガーに同期したデータを鉛シンチ検出器とともに取得している。TA地表検出器群からのトリガー情報を中央レーザー施設サイトに設置した測定器に分配するシステムを開発している。
7月31日-8月6日にオランダで開かれた宇宙線国際会議（ICRC2015）で、以上の結果に関してポスター発表を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】41,210千円 (直接経費: 31,700千円、間接経費: 9,510千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】21224006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線（実験） / 電子観測 / 高エネルギー / 暗黒物質 / 加速機構 / 超新星 / パルサー / 国際宇宙ステーション / 宇宙線 / 近傍加速源 / カロリメータ / ガンマ線 / 国際共同研究 / 粒子測定技術 / X線・γ線天文学 / 気球実験 / 宇宙物理 / 素粒子物理 / X線γ線天文学

【研究成果の概要】

高エネルギー電子・陽電子の直接観測による宇宙線近傍加速源と暗黒物質の探索を目的として、国際宇宙ステーション日本実験棟に搭載するCALorimetric Electron Telescope (CALET)の開発を実施した。CALETは当初予定の気球搭載型プロトタイプ（bCALET）による観測に対して、30倍以上の統計量が得られるだけなく、宇宙空間での高精度観測が可能である。bCALETによるCALETの観測性能実証と，熱構造モデルによるCERN-SPSでのビーム実験等により、搭載装置性能を確認した。その結果、世界に先駆けたTeV領域における電子観測を実現することが確証できている。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】209,820千円 (直接経費: 161,400千円、間接経費: 48,420千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】17403004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

チベット / 空気シャワー観測装置 / 太陽の影 / 高エネルギー宇宙線 / knee領域 / ガンマ線点源 / 国際共同研究 / 中国 / ガンマ線天体 / 国際研究者交流 / 活動的天体 / 宇宙線 / 粒子線天体物理

【研究成果の概要】

チベットのヤンパーチン(標高4300m)で稼動中の空気シャワー観測装置は2003年秋に完成し、現在まで順調に稼働している。装置は789台のシンチレーション検出器を7.5m間隔の碁盤目状に配置したもので、総面積は37000平方メートルである。本装置で得られるデータ量は1日約30GBである。当該研究期間内に得られた主な成果は下記の通りである。
1)10^<14>・10^<17>evの3桁に亘る広いエネルギー領域での一次宇宙線の全粒子スペクトルが求められ、4×10^<15>eVにスペクトルの折れ曲がりがあることが明確になった。
2)knee領域での一次宇宙線の陽子とヘリウムのスペクトルが初めて求められた。この結果と1)を合わせると、knee領域の一次宇宙線組成は重い原子核が主成分であるという結果が導かれる。これは宇宙線の加速モデルの構築に強い制限を与えることになる。
3)かに星雲、Mrk421などからのガンマ線スペクトルが観測された。
4)宇宙線強度の全天探査及び異方性の解析から、シグナス領域に有意な異方性を初めて見出した。いくつかの広がったガンマ線天体が存在する可能性を強く示唆している。
5)太陽の影の時間変動を解析することにより、活動期の太陽磁場について新たな知見を得た。
昨年の秋にアレイの中に面積100m^2の水チェレンコフ検出器を地下2.5mに設置し、シャワー中のミューオン数観測の予備実験を開始した。近い将来、ミューオン検出器面積を約1万平方メートルに拡張する予定である。これが完成すると数10TeV領域で世界最高感度の広視野宇宙ガンマ線観測装置になり、宇宙線の起源と加速の解明を大きく前進させることができる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】14,900千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 1,200千円)