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Highly sensitive observation of cosmic-ray antiparticles using novel technologies and exotic-atom physics

Research Project

Project/Area Number 17H01136
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionJapan Aerospace EXploration Agency

Principal Investigator

Fuke Hideyuki  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (10392820)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥43,680,000 (Direct Cost: ¥33,600,000、Indirect Cost: ¥10,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2019: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2018: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Keywords宇宙線 / 暗黒物質 / 反粒子 / 反物質 / エキゾチック原子 / 測定器開発 / 気球実験 / 先端機能デバイス / 宇宙物理 / 宇宙科学 / 放射線、X線、粒子線 / 放射線、X線、粒子線
Outline of Final Research Achievements

Development of General Anti-Particle Spectrometer (GAPS) has been carried out. GAPS is motivated to investigate the dark matter physics through unexplored highly sensitive observation of cosmic-ray antiparticles, including hitherto undiscovered antideuterons.
In preparation for the Antarctic balloon flights, key technologies such as lithium-drifted silicon detectors and heat-pipe cooling system have been developed. Using their engineering models as well as the flight models, their fundamental performances have been verified at the system level. These achievements successfully concluded the GAPS preparation phase toward the Antarctic-balloon science flights.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ダークマターの解明は現代の宇宙物理学・素粒子物理学における喫緊の重要課題の一つである。ダークマターの解明には多角的な研究が求められており、本研究で推進するGAPS実験計画は宇宙線反重陽子という新しい手掛かりを開拓することで他実験とは異なる視点からダークマターの正体に迫る重要な知見を提供できる。
観測実現のために開発した半導体検出器やヒートパイプ冷却システムは他の宇宙線観測実験のみならず放射線医療やエコ住宅建築など他分野にも応用可能な新規技術である。

Report

(6 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (93 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (10 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 6 results) Presentation (70 results) (of which Int'l Joint Research: 18 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

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    • Author(s)
      Saffold N.、Aramaki T.、Bird R.、Boezio M.、Boggs S.E.、Bonvicini V.、Campana D.、Craig W.W.、von Doetinchem P.、Everson E.、Fabris L.、Fuke H.、Gahbauer F.、Garcia I.、Gerrity C.、Hailey C.J.、Hayashi T.、Kato C.、Kawachi A.、Kobayashi S.、Kozai M.、Lenni A.、et al. (the GAPS collaboration)
    • Journal Title

      Astroparticle Physics

      Volume: 130 Pages: 102580-102580

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2021.102580

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    • Author(s)
      Saffold N.、Rogers F.、Xiao M.、Bhatt R.、Erjavec T.、Fuke H.、Hailey C.J.、Kozai M.、Kraych D.、Martinez E.、Melo-Carrillo C.、Perez K.、Rodriguez C.、Shimizu Y.、Smallshaw B.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 997 Pages: 165015-165015

    • DOI

      10.1016/j.nima.2020.165015

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    • Author(s)
      Doetinchem P. von、Perez K.、Aramaki T.、Baker S.、Barwick S.、Bird R.、Boezio M.、Boggs S.E.、Cui M.、Datta A.、Donato F.、Evoli C.、Fabris L.、Fabbietti L.、Bueno E. Ferronato、Fornengo N.、Fuke H.、Gerrity C.、Coral D. Gomez、Hailey C.、Hooper D.、Kachelriess M.、Korsmeier M.、Kozai M.、et al.
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2020 Issue: 08 Pages: 035-035

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/08/035

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      WADA Takuya、FUKE Hideyuki、SHIMIZU Yuki、YOSHIDA Tetsuya
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: 18 Issue: 3 Pages: 44-50

    • DOI

      10.2322/tastj.18.44

    • NAID

      130007840127

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    • Author(s)
      Kozai M.、Fuke H.、Yamada M.、Perez K.、Erjavec T.、Hailey C.J.、Madden N.、Rogers F.、Saffold N.、Seyler D.、Shimizu Y.、Tokuda K.、Xiao M.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 947 Pages: 162695-162695

    • DOI

      10.1016/j.nima.2019.162695

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    • Author(s)
      Rogers F.、Xiao M.、Perez K.M.、Boggs S.、Erjavec T.、Fabris L.、Fuke H.、Hailey C.J.、Kozai M.、Lowell A.、Madden N.、Manghisoni M.、McBride S.、Re V.、Riceputi E.、Saffold N.、Shimizu Y.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 14 Issue: 10 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1088/1748-0221/14/10/p10009

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  • [Journal Article] Low-power, large-scale distributed hybrid thermal system to cool silicon detectors in the GAPS instrument2019

    • Author(s)
      Fuke Hideyuki、Okazaki Shun、Kondo Manami、Kawachi Akiko、Ogawa Hiroyuki
    • Journal Title

      IEEE Xplore

      Volume: 2019 Pages: 9059635-9059635

    • DOI

      10.1109/nss/mic42101.2019.9059635

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  • [Journal Article] Large-area Si(Li) Detectors for X-ray Spectrometry and Particle Tracking for the GAPS Experiment2019

    • Author(s)
      Rogers Field、Xiao Mengjiao、Perez Kerstin、Boggs Steven、Erjavec Tyler、Fabris Lorenzo、Fuke Hideyuki、Hailey Charles J.、Kozai Masayoshi、Lowell Alex、Madden Norman、Manghisoni Massimo、McBride Steve、Re Valerio、Riceputi Elisa、Saffold Nathan、Shimizu Yuki、Zampa Gianluigi
    • Journal Title

      IEEE Xplore

      Volume: 2019 Pages: 9060023-9060023

    • DOI

      10.1109/nss/mic42101.2019.9060023

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    • Author(s)
      Perez Kerstin、Aramaki Tsuguo、Hailey Charles J.、Carr Rachel、Erjavec Tyler、Fuke Hideyuki、Garvin Amani、Harper Cassia、Kewley Glenn、Madden Norman、Mechbal Sarah、Rogers Field、Saffold Nathan、Tajiri Gordon、Tokuda Katsuhiko、Williams Jason、Yamada Minoru
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 905 Pages: 12-21

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.024

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      Okazaki Shun、Fuke Hideyuki、Ogawa Hiroyuki、Miyazaki Yoshiro、Takahashi Katsumasa、Yamada Noboru
    • Journal Title

      Applied Thermal Engineering

      Volume: 141 Pages: 20-28

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2018.05.116

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  • [Journal Article] Present Status and Future Plans of GAPS Antiproton and Antideuteron Measurement for Indirect Dark Matter Search2017

    • Author(s)
      H.Fuke, T.Aramaki, S.Boggs, W.W.Craig, P.v.Doetinchem, R.Fabris, C.J.Hailey, F.Gahbauer, T.Gordon, C.Kato, A.Kawachi, T.Koike, M.Kozai, N.Madden, S.A.I.Mognet, K.Mori, K.Munakata, S.Okazaki, R.A.Ong, K.Perez, K.Sakimoto, Y.Shimizu, N.Yamada, A.Yoshida, T.Yoshida, K.P.Ziock, J.Zweerink
    • Journal Title

      Physical Society of Japan (JPS) Conf. Proc., 12th International Conf. on Low Energy Antiproton Phys. (LEAP2016)

      Volume: 18

    • DOI

      10.7566/jpscp.18.011003

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    • Author(s)
      Hideyuki Fuke, Shun Okazaki, Akiko Kawachi, Shohei Kobayashi, Masayoshi Kozai, Hiroyuki Ogawa, Masaru Saijo, Shuto Takeuchi, and Kakeru Tokunaga
    • Organizer
      33rd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS)
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    • Organizer
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    • Author(s)
      小財正義, 西城大, 徳永翔, 岡崎峻, 福家英之, 河内明子, 小林聖平, 水野広基, 清水雄輝, 鈴木俊介
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の近況報告2022

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      福家英之, 小川博之, 岡崎峻, 西城大, 徳永翔, 山谷昌大, 吉田哲也, 中上裕輔, 和田拓也, 吉田篤正, 入江優花, 小松明寛, 清水雄輝, 鈴木俊介, 小財正義, 加藤千尋, 宗像一起, 河内明子, 川俣柊介, 川本裕樹, 奈良祥太朗, 大山千晶, 鈴木直康, 高橋俊, C.J.Hailey, M.Boezio, for the GAPS collaboration
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      M.Kozai, K.Tokunaga, H.Fuke, T.Erjavec, C.J.Hailey, C.Kato, N.Madden, K.Munakata, K.Perez, F.Rogers, N.Saffold, Y.Shimizu, M.Xiao
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      Masayoshi Kozai, Kakeru Tokunaga, Hideyuki Fuke, Tyler Erjavec, Charles J. Hailey, Chihiro Kato, Norman Madden, Kazuoki Munakata, Kerstin Perez, Field Rogers, Nathan Saffold, Yuki Shimizu, Mengjiao Xiao
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      福家英之, 小川博之, 岡崎峻, 西城大, 徳永翔, 山谷昌大, 吉田哲也, 中上裕輔, 和田拓也, 吉田篤正, 入江優花, 小松明寛, 清水雄輝, 鈴木俊介, 小財正義, 加藤千尋, 宗像一起, 河内明子, 川俣柊介, 川本裕樹, 奈良祥太朗, 大山千晶, 鈴木直康, 高橋俊, Charles Hailey, Mirko Boezio, for the GAPS collaboration
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      山谷昌大, 小財正義, 清水雄輝, 中上裕輔, 福家英之, 吉田篤正, 吉田哲也, 和田拓也, Philip von Doetinchem, Riccardo Munini
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の近況報告2021

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      福家英之, 小財正義, 小川博之, 岡崎峻, 西城大, 徳永翔, 山谷昌大, 吉田哲也, 中上裕輔, 和田拓也, 吉田篤正, 今村光拓, 清水雄輝, 山田昇, 小池貴久, 加藤千尋, 宗像一起, Charles Hailey, Kerstin Perez, Lorenzo Fabris, William Craig, Rene Ong, Steven Boggs, Philip von Doetinchem, Mirko Boezio, for the GAPS collaboration, et al.
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      中上裕輔, 和田拓也, 小財正義, 清水雄輝, 福家英之, 山谷昌大, 吉田篤正, 吉田哲也
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      日本物理学会 2020年秋季大会
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の(特に日本チームの)現状報告2020

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      福家英之, 小財正義, 小川博之, 岡崎峻, 西城大, 徳永翔, 吉田哲也, 中上裕輔, 竹内崇人, 和田拓也, 吉田篤正, 清水雄輝, 山田昇, 小池貴久, 加藤千尋, 宗像一起, 永井大樹, 五味颯雅, 河内明子, 小林聖平, 近藤愛実, 水野広基, 長島弘明, 高橋俊, 竹村薫, 田邉拓哉, 井上剛良, 他
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      宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所宇宙科学シンポジウム (第20回)
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  • [Presentation] GAPS測定器の地上冷却システムの開発2020

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      竹内崇人, 岡崎峻, 小川博之, 小林聖平, 近藤愛実, 西城大, 福家英之
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      宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所宇宙科学シンポジウム (第20回)
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  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いたGAPS用粒子識別法の開発2020

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      和田拓也, 小財正義, 清水雄輝, 中上裕輔, 福家英之, 吉田哲也
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      宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所宇宙科学シンポジウム (第20回)
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験の現状報告‐日本チームの進捗を中心として‐2020

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      小財正義, 福家英之, 岡崎峻, 小川博之, 西城大, 徳永翔, 吉田哲也, 竹内崇人, 中上裕輔, 吉田篤正, 和田拓也, 清水雄輝, 山田昇, 小池貴久, 加藤千尋, 宗像一起, 永井大樹, 河内明子, 小林聖平, 五味颯雅, 近藤愛実, 高橋俊, 竹村薫, 田邉拓哉, 長島弘明, 水野広基, 井上剛良, 他
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      日本物理学会 第75回年次大会
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験用ヒートパイプの熱輸送性能評価(3-1)2020

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      近藤愛実, 岡崎峻, 福家英之, 小川博之, 西城大, 河内明子, 小林聖平, 竹内崇人
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験用ヒートパイプの熱輸送性能評価(3-2)2020

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      小林聖平, 岡崎峻, 福家英之, 小川博之, 西城大, 河内明子, 近藤愛実, 竹内崇人
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      日本物理学会 第75回年次大会
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  • [Presentation] Low-power, large-scale distributed hybrid thermal system to cool silicon detectors in the GAPS instrument2019

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      Hideyuki Fuke, Shun Okazaki, Manami Kondo, Akiko Kawachi, and Hiroyuki Ogawa
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      2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC)
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      Field Rogers, Mengjiao Xiao, Kerstin Perez, Steven Boggs, Tyler Erjavec, Lorenzo Fabris, Hideyuki Fuke, Charles J. Hailey, Masayoshi Kozai, Alex Lowell, Norman Madden, Massimo Manghisoni, Steve McBride, Valerio Re, Elisa Riceputi, Nathan Saffold, Yuki Shimizu, and Gianluigi Zampa
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      2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC)
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  • [Presentation] GAPS: Searching for Dark Matter using Antinuclei in Cosmic Rays2019

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      R.Bird, T.Aramaki, R.Bird, M.Boezio, S.E.Boggs, V.Bonvicini, D.Campana, W.W.Craig, E.Everson, L.Fabris, H.Fuke, F.Gahbauer, I.Garcia, C.Gerrity, C.J.Hailey, et al.
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      S.Quinn, T.Aramaki, R.Bird, M.Boezio, S.E.Boggs, V.Bonvicini, D.Campana, W.W.Craig, E.Everson, L.Fabris, H.Fuke, F.Gahbauer, I.Garcia, C.Gerrity, C.J.Hailey, et al.
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      Takuya WADA, Hideyuki FUKE, Yuki SHIMIZU, and Tetsuya YOSHIDA
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の(特に日本チームの)現状報告2019

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      福家英之, 小財正義, 小川博之, 岡崎峻, 西城大, 徳永翔, 吉田哲也, 中上裕輔, 竹内崇人, 和田拓也, 吉田篤正, 清水雄輝, 山田昇, 小池貴久, 加藤千尋, 宗像一起, 永井大樹, 五味颯雅, 河内明子, 小林聖平, 近藤愛実, 水野広基, 長島弘明, 高橋俊, 竹村薫, 田邉拓哉, 井上剛良, 他
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      小財正義, 岡崎峻, 福家英之, 吉田哲也, 西城大, 河内明子, 近藤愛実, 竹内崇人, Evan Martinez, Nathan Saffold, Florian Gahbauer, Charles Hailey, William Craig, Jerome Olson
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      岡崎峻, 小財正義, 福家英之, 吉田哲也, 西城大, 河内明子, 近藤愛実, 竹内崇人, William Craig, Jerome Olson, Evan Martinez, Nathan Saffold, Florian Gahbauer, Charles Hailey
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      K.Takemura, H.Nagashima, Y.Kawamoto, S.Takahashi, M.Kondo, A.Kawachi, S.Okazaki, H.Fuke
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      小財正義, 福家英之, T.Erjavec, C.J.Hailey, 加藤千尋, N.Madden, 宗像一起, K.Perez, F.Rogers, N.Saffold, 清水雄輝, M.Xiao
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  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の(特に日本チームの)現状報告2019

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      福家英之, 小財正義, 小川博之, 岡崎峻, 崎本一博, 吉田哲也, 小灘拓矢, 竹内崇人, 和田拓也, 吉田篤正, 渡邉翼, 清水雄輝, 山田昇, 小池貴久, 宗像一起, 加藤千尋, 永井大樹, 河内明子, 近藤愛実, 宮崎耀佑, 高橋俊, 井上剛良, 他 for the GAPS collaboration
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Published: 2017-04-28   Modified: 2023-01-30  

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