BESS測定器による宇宙線μ粒子絶対流束高度変化の精密測定

• Project/Area Number: 12047206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐貫 智行 (2001-2003) 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (70323491); 吉村 浩司 (2000) 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助手 (50272464)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笠原 克昌 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (00013425) ; 吉村 浩司 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (50272464) ; 野崎 光昭 神戸大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (10156193) ; 上田 郁夫 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助手 (70292836) ; 佐貫 智行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (70323491) ; 森下 伊三男 朝日大学, 経営学部, 教授 (40148200)
• Project Period (FY): 2000 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥98,700,000 (Direct Cost: ¥98,700,000); Fiscal Year 2003: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2002: ¥9,900,000 (Direct Cost: ¥9,900,000); Fiscal Year 2001: ¥40,100,000 (Direct Cost: ¥40,100,000); Fiscal Year 2000: ¥42,300,000 (Direct Cost: ¥42,300,000)
• Keywords: 大気μ粒子 / 大気ニュートリノ / BESS / 超伝導スペクトロメータ / 宇宙線 / 相互作用モデル / モンテカルロ計算 / ニュートリノ振動 / 一次宇宙線 / 陽子 / ヘリウム / BESS測定器 / ドリフト・チェンバー / シンチレーション・ファイバー / ドリフトチュンバー

Research Abstract

気球上昇中に超伝導スペクトロメータ(BESS)を用いて観測した宇宙線のデータを解析し、残留大気圧にして5〜800g/cm2に於ける大気μ粒子のスペクトルを精密に求め、μ粒子の強度が高度と共に変化する様子(いわゆる発達曲線)を得た。この発達曲線から、大気の上層ではμ粒子が生成され、高度が低くなるに従って崩壊していく様子を克明に捉えることができた。他の実験で得られた同種のデータと比較して、本研究で得たデータは、統計誤差が小さく、また、系統誤差も小さく押さえ込むことに成功した。また、地上で観測した様々のμ粒子スペクトルを解析し、μ粒子の強度は季節や緯度等、様々な環境の影響を受けることを示した。
また、大気μ粒子・大気ニュートリノのモンテカルロ計算に最適化したクラスタ計算機のハードとソフトの調整を進め、計算速度を向上させた。計算コードの最適化を進め、観測データとの詳細な比較を行った。モンテカルロ計算に組み込む相互作用モデルとして様々なモデルを用い、任意の高度に於いてそれぞれのモデルが予言する大気μ粒子のスペクトルを得た。気球高度(残留大気圧にして5〜30g/cm2)に於ける大気μ粒子のスペクトルと、モンテカルロ計算の詳細な比較から、宇宙線と大気分子の相互作用モデルとしてはDPMJET-IIIモデルが最適であると分かった。次に、入力データとしてBESSが測定した一次宇宙線のエネルギースペクトルを、また、相互作用モデルとしてDPMJET-IIIモデルを組み込んだ上で、詳細な大気構造を再現したモンテカルロ計算を行った。この結果、1GeV/c以下と数十GeV以上の領域ではBESSが測定した結果と、計算結果に有意な食い違いが見られ、相互作用モデルに修正が必要であると分かった。

Research Products

• [Publications] K.Abe, T.Sanuki et al.: "Measurements of proton, helium and muon spectra at small atmospheric depths with the BESS spectrometer"Physics Letters B. 564・1-2. 8-20 (2003)
• [Publications] T.Sanuki, M.Fujikawa, H.Matsunaga et al.: "Measuremwnt of cosmic-ray proton and antiproton spectra at mountain altitude"Physics Letters B. 577・1-2. 10-17 (2003)
• [Publications] T.Sanuki et al.: "Measurement of atmospheric muon spectra at mountain altitude"Physics Letters B. 541. 234 (2002)
• [Publications] T.Sanuki: "Precise Measurment of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra with the BESS Spectrometer"The Astrophysical Journal. 545. 1135-1142 (2000)