Search for cosmic-ray heavy antiparticles with Antarctica balloon
| Project/Area Number |
20K04002
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
Shimizu Yuki 神奈川大学, 工学部, 教授 (60434320)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 反粒子 / 暗黒物質 / 特性X線 / 機械学習 / 深層学習 / エキゾチック原子 |
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| Outline of Research at the Start |
銀河中に存在する暗黒物質は対消滅・崩壊によって、自然界では未だ観測例のない反重陽子、反ヘリウムを生成する可能性がある。宇宙線反粒子探索実験GAPSでは、大容積のシリコン検出器アレイを用い、反粒子と原子核の形成するエキゾチック原子の崩壊を測定することにより、これらの反粒子の検出を行う。本研究では、GAPSの主観測対象である反重陽子に加えて反ヘリウムの検出のため、粒子識別手法の研究・改良によってGAPSの検出感度を向上させる。太陽活動極小期に南極周回気球による観測を行い、暗黒物質に由来する反重陽子、反ヘリウムの検出を試みる。
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| Outline of Final Research Achievements |
GAPS is a dedicated balloon experiment designed for the indirect search of WIMP dark matter. We have developed analysis methods for the identification of anti-particles, such as anti-deuterons and anti-helium3. To eliminate background events caused by other particles, we have utilized machine learning algorithms. We have developed and evaluated learning models that combine a three-dimensional convolutional neural network and a fully-connected neural network, using large volumes of data generated by GEANT4. Multivariate learning models incorporated with the event reconstruction are also used. With these models, we have achieved better background rejection capabilities.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在WIMP暗黒物質の探索は、地下からの直接探索や対消滅・崩壊で生じる粒子を利用した間接探索を含めて様々な試みがなされている。しかし、従来の実験ではWIMPとその他のバックグラウンドイベントとの識別が原理的に困難であり、決定的な結果は得られていない。本研究では、GAPS実験によるWIMP由来の宇宙線反粒子の検出を目的として、反粒子と誤認する可能性のあるバックグラウンドを除去するためのデータ解析手法の開発を行い、近年発展の著しい機械学習の応用によって高い識別性能を得た。この手法を2023年度以降に実施予定の南極フライトで得られるデータに適用することで、高感度での反粒子探索を実現できる。
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Report
(4 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Cosmic antihelium-3 nuclei sensitivity of the GAPS experiment2021
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)
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Journal Title
Astroparticle Physics
Volume: 130
Pages: 102580-102580
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の現状報告2023
Author(s)
福家英之, 水越彗太, 小川博之, 岡崎峻, 白鳥弘英, 徳永翔, 山谷昌大, 吉田哲也, 和田拓也, 吉田篤正, 入江優花, 橋本航征, 清水雄輝, 鈴木俊介, 小財正義, 加藤千尋, 宗像一起, 新垣翔太, 平井克樹, 河内明子, 川俣柊介, 川本裕樹, 奈良祥太朗, 高橋俊, C.J.Hailey, M.Boezio, for the GAPS Collaboration
Organizer
第23回宇宙科学シンポジウム
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清水雄輝, 入江優花, 橋本航征, 鈴木俊介, 和田拓也, 吉田篤正, 福家英之, 水越彗太, 小川博之, 岡崎峻, 白鳥弘英, 徳永翔, 山谷昌大, 吉田哲也, 小財正義, 加藤千尋, 宗像一起, 新垣翔太, 平井克樹, 河内明子, 川俣柊介, 川本裕樹, 奈良祥太朗, 高橋俊, C.J.Hailey, M.Boezio, for the GAPS Collaboration
Organizer
2022年度大気球シンポジウム
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