Hadronic interactions explored by Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03985
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ohishi Michiko 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (10420233)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ハドロン相互作用 / 宇宙線陽子 / 解像型大気チェレンコフ望遠鏡 / 超高エネルギー宇宙線

Outline of Final Research Achievements

Regarding the gamma-ray sensitivity estimation for the Omega Configuration array layout of the next-generation worldwide imaging atmospheric Cherenkov telescope array (IACT), the CTA (Cherenkov Telescope Array), we quantitatively evaluated that differences in the hadron interaction models used in Monte Carlo simulations affect the remaining background level, resulting in a significant propagation of about 30% in the sensitivity curve. Furthermore, this sldo demonstrates that IACTs possess excellent performance in validating hadron interaction models, and these findings were published in a peer-reviewed journal.

Free Research Field

宇宙線物理学、超高エネルギーガンマ線天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

解像型大気チェレンコフ望遠鏡(IACT)に限らず、空気シャワー実験の全てにおいて、検出器での観測量を一次物理量（粒子種・エネルギー等）に変換する際には空気シャワーシミュレーションの精度が大きな影響を与える。このため、広いエネルギー帯に対し一貫した描像の下で高精度のハドロン相互作用モデルを得ることは、空気シャワー分野全体において重要なタスクであり続けた。本研究の意義は、IACTを用い、専用の観測時間を要求せず高頻度で到来する宇宙線原子核成分を活用することで、比較的入力の宇宙線スペクトルの不定性が小さいTeV近傍エネルギー帯でのハドロン相互作用検証が可能であることを示したことにある。