Study of quantum gravity theory by polarization observation of high energy gamma rays

Publicly Offered Research

Project Area	Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
Project/Area Number	18H04335
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	郡司修一山形大学, 理学部, 教授 (70241685)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	高エネルギーガンマ線 / チェレンコフ望遠鏡 / 偏光 / ガンマ線バースト / Corsikaシミュレーター / 量子重力理論 / 量子重力
Outline of Annual Research Achievements	ある種の量子重力理論では、真空中をフォトンが伝搬する際に、右円偏光と左円偏光の回転速度が変化する可能性を示唆している。この違いからフォトンの直線偏光の振動方向が伝搬中に少しずつ回転し、そしてこの回転角がフォトンのエネルギーに依存する事が示唆されている。このような効果は非常に小さい事が予想されるため通常の実験では観測にかからないが、宇宙の遠方で生じるガンマ線バーストから来る電磁波を使えば、観測できる可能性がある。すでにガンマ線バーストから来る数10keVと数100keVのガンマ線の偏光方向を調べる事で、このような実験がなされており、上限値が得られている。もし、数keVと数10GeVのガンマ線でこの測定を行うと、今までに得られた上限値をさらに100億倍厳しいものにできる。高エネルギーガンマ線の観測はチェレンコフ望遠鏡で現在可能だが、チェレンコフ望遠鏡を使って高エネルギーガンマ線の偏光方向を検出した事は無い。そこで高エネルギーガンマ線が大気中で起こす相互作用によって生じるチェレンコフ光から、高エネルギーガンマ線の偏光情報を取得できるのか原理的に明らかにすることが本研究の目的である。そのため平成31年度は、昨年度製作したシミュレーションプログラムを使って以下の事を行った。ガンマ線入射時に最初にできる電子陽電子ペアーが100m程度走行している間に発生するチェレンコフ光をバックグランドとなるその他のフォトンから弁別できれば、偏光情報を原理的に取得できる事を明らかにした。そして、エアーシャワーのシャワー軸の情報と地上に降ってくるチェレンコフフォトンの位置と方向を使えば、効率的にバックグランドフォトンが落とせる事を発見し、信号が作る2重のチェレンコフリングだけを抜き出す事に成功した。
Research Progress Status	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。