International Antarctic balloon-borne experiment GAPS to open the next era of cosmic-ray observation and dark-matter search
| Project/Area Number |
22KK0042
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
福家 英之 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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 峻 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (00747751)
清水 雄輝 神奈川大学, 工学部, 教授 (60434320)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
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| 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 / 宇宙線、宇宙物理 / 反粒子、反物質 / 放射線、X線、粒子線 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、宇宙線中の稀少成分である反粒子の観測分野を開拓することで、宇宙物理学・素粒子物理学的に重要な初期宇宙の謎に迫る。特に、未発見の反粒子である反重陽子の世界最高感度探索によって、現代物理学における喫緊の重要課題である暗黒物質の解明に直結する重要な手掛かりを得ることを主目的とする。エキゾチック原子を利用した独創的な反粒子識別方法を採用し大面積立体角の測定器と南極周回長時間気球観測によって高感度探索を実現し、暗黒物質に対する多角的な研究において他実験とは相補的かつユニークな貢献を図る。国際共同実験計画にて中核的な役割を果たすとともに、次代を担う若手の育成にも努める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、宇宙線中に微量に含まれる反粒子（とりわけ未発見の反重陽子）の高感度探索を通じてダークマター等の初期宇宙物理の課題に迫ることを最終目的とする。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。
その学術目的に迫るため、反粒子宇宙線観測計画ＧＡＰＳ（General Anti-Particle Spectrometer）を推進している。ＧＡＰＳの測定器は、シリコン検出器群とプラスティックシンチレーションカウンタ群で構成され、エキゾチック原子の崩壊過程を利用した新しい粒子識別手法を導入する。この新手法により、測定器の大型化を実現する。ＮＡＳＡ南極周回気球によって１ヶ月間規模の長時間観測を高空にて複数回実施し、稀少な反粒子を探索する。
ＧＡＰＳは従来に無い新しいコンセプトに基づく測定器であることから、気球実験に先立ち、地上（実験室内）や環境試験設備（真空チャンバ）での動作確認が欠かせない。
２０２２年度は、米国カリフォルニア大学バークレー校にてＧＡＰＳ測定器の総合組立および総合試験（シリコン検出器群の冷却を含む）を実施し、測定器各構成要素の基本性能を確認した。また、真空チャンバ環境試験の２０２３年度の実施に向け、準備を推し進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究で開発するＧＡＰＳ測定器の真空チェンバ環境試験は米国の研究協力者と共同で米国にて実施する必要があり２０２２年度中に予定していたが、当初の想定に反し米国での試験設備の運転計画に変更が生じることが判明したことから、測定器真空チャンバ環境試験の実施を２０２３年度に延期し、当該試験に掛かる器材調達費や米国出張旅費などを２０２３年度に繰り越した。
ただし、それに伴い、米国での総合試験には十分な時間を充てることができるようになったことから、ＧＡＰＳの測定器開発および科学観測実現という本研究計画の最終目標には影響していないと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
ＧＡＰＳ測定器の真空チャンバ環境試験を米国カリフォルニア州にて実施し、南極気球飛翔と同様の低温低圧環境下で測定器が所期の動作をすることを確認する。続いて測定器一式をニューヨーク州コロンビア大学ニーブス研究所に輸送し、測定器の総合試験を重ねる。これにより、南極気球実験の準備を整える。
その後、ＮＡＳＡが南極マクマードにて運用する南極周回長時間気球フライトによる科学観測を実施し、数値シミュレーションも交えて取得したデータの解析を進める計画である。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
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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
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23回)
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Author(s)
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
宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所大気球シンポジウム (2022年度)
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