• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2022 Fiscal Year Research-status Report

International Antarctic balloon-borne experiment GAPS to open the next era of cosmic-ray observation and dark-matter search

Research Project

Project/Area Number 22KK0042
Research InstitutionJapan Aerospace EXploration Agency

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)

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)
Project Period (FY) 2022-10-07 – 2026-03-31
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
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。

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。

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。

Causes of Carryover

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、測定器真空チェ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・搬送費や米国出張費を2023年度に繰り越した。2023年8月までに米国カリフォルニア州にて測定器真空チャンバ環境試験を実施する計画である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] コロンビア大学/カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      コロンビア大学/カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学ロサンゼルス校
    • # of Other Institutions
      4
  • [Int'l Joint Research] 国立核物理学研究所(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      国立核物理学研究所
  • [Journal Article] Design and application of multi-loop capillary heat pipes to cool GAPS silicon detectors2023

    • Author(s)
      Fuke Hideyuki、Okazaki Shun、Kawachi Akiko、Kondo Manami、Ogawa Hiroyuki、Yamada Noboru
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 1049 Pages: 168102_1~9

    • DOI

      10.1016/j.nima.2023.168102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sensitivity of the GAPS experiment to low-energy cosmic-ray antiprotons2023

    • Author(s)
      Rogers F.、Aramaki T.、Boezio M.、Boggs S.E.、Bonvicini V.、Bridges G.、Campana D.、Craig W.W.、von Doetinchem P.、Everson E.、Fabris L.、Feldman S.、Fuke H. et al.
    • Journal Title

      Astroparticle Physics

      Volume: 145 Pages: 102791_1~10

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2022.102791

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 宇宙線反粒子探索実験GAPSにおける熱制御システムの開発2023

    • Author(s)
      鈴木俊介, 清水雄輝, 入江優花, 橋本航征, 福家英之, 岡崎峻, 水越彗太, 小財正義, 河内明子, 新垣翔太
    • 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)
  • [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)
  • [Presentation] 南極周回気球による宇宙線反粒子探索実験GAPSの現状報告2022

    • 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)
  • [Presentation] The GAPS Instrument: A Large Area Time of Flight and Spectrometer for Cosmic Antinuclei2022

    • Author(s)
      Riccardo Munini, GAPS Collaboration (T.Aramaki, M.Boezio, S.E.Boggs, V.Bonvicini, D.Campana, W.W.Craig, E.Everson, L.Fabris, H.Fuke et al.)
    • Organizer
      44th COSPAR Scientific Assembly 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The GAPS experiment: search for dark matter signatures from cosmic-ray antinuclei2022

    • Author(s)
      Alessio Tiberio, GAPS Collaboration (T.Aramaki, M.Boezio, S.E.Boggs, V.Bonvicini, D.Campana, W.W.Craig, E.Everson, L.Fabris, H.Fuke et al.)
    • Organizer
      44th COSPAR Scientific Assembly 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of control and monitoring system for the GAPS heat pipe2022

    • Author(s)
      M.Kozai, M.Saijo, K.Tokunaga, S.Okazaki, H.Fuke, A.Kawachi, Y.Shimizu
    • Organizer
      44th COSPAR Scientific Assembly 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] GAPS

    • URL

      https://gaps.isas.jaxa.jp/

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi