Development of a multi-channel particle discrimination measurement system for direct comparison of air shower models

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03884
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野中 敏幸 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (30506754)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻尾 彰一 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (20242258) ; さこ 隆志 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90324368)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 宇宙線物理学 / 超高エネルギー宇宙線 / 粒子検出器 / 空気シャワー / ハドロン相互作用

Outline of Annual Research Achievements

超高エネルギー宇宙線と大気の相互作用で生じる空気シャワー現象のシミュレーション計算の精度は、一次宇宙線の化学組成推定、エネルギー決定の精度を左右する。また、近年複数の実験グループから報告されている、空気シャワー中のμ粒子の過剰問題がある。最新のハドロン相互作用の理解やLHC加速器実験での測定結果を反映させた最新の空気シャワーモデル計算とより情報量の多い比較を行うために、将来の大気蛍光望遠鏡と連動した、”陽子”-“ 大気”衝突を選択的に選んだ空気シャワーモデルの検証が必要である。
本実験では、その測定を可能にする手法の一式を確立する。本研究では、複数のセグメントで構成した鉛サンドイッチ型検出器(鉛-検出器) と、コンクリート遮蔽の下に備えられた検出器(コンクリート-検出器) の両方を用い、２次シャワー粒子の弁別測定を行うためのデータ取得システムの構築及び、得られたデータの空気シャワーモデルとの予備的な比較までをおこなう事を計画している。
これまでにコンクリートブロックの遮蔽下に配置された検出器モジュール（２４㎡）、および鉛サンドイッチ型シンチレーター検出器（３㎡）がTA 実験サイト中央のレーザー射出装置(CLF) 付近に配置され、部分的に試験的な測定を継続している。
ＣＯＶＩＤ１９感染症により殆どの活動が停止したが、2022年度夏以降に徐々に米国への渡航が可能になった。しかしそれに伴い、実験サイトでのテレスコープアレイ実験本体の大規模な作業が並行して行われる事となり、年度内に計画した現地作業が秋の時点で現地の宿泊場所　観測所の利用計画が立たなくなった。これにより2022年度予算のほぼ１００％を2023年度へ繰り越す事となった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

COVID-19感染症の渡航不可能期間が継続した。
渡航が再開され始めたものの現地の観測所の状況は正常には戻っていない事が理由である。

Strategy for Future Research Activity

2023年度の観測所の再開状況に応じて部分的にでも実験を再開し　FADC 回路に隣接するシングルボードコンピューター(SBC) からデータ読み出しを行うシステムを観測サイトに設置する。設置後はTA 実験の活動拠点から遠隔操
作、装置のコントロールと収集されたデータの定期バックアップと初期解析を2023年度末を目処に行う。
TA 実験での空気シャワー再構成結果を用いて、イベント毎に、シャワーコア位置、到来方向、シャワーエネルギーを把握し、設置した検出器中での観測量、
（エネルギー損失、パルスカウント）の解析を進める。

Causes of Carryover

渡航制限により、継続して現地での作業が困難となり、予算の大きな架台の製作も次年度に持ち越しとなったため本年度の残額が生じた。次年度の製作作業と支払いで使用する。