| Project/Area Number |
20H00153
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 忠幸 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50183851)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 重貴 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (00451625)
Melia Thomas 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (30814909)
渡辺 伸 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, 助教 (60446599)
内山 泰伸 立教大学, 人工知能科学研究科, 教授 (00435801)
米田 浩基 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (30881867)
Caradonna Pietro 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任研究員 (10846520)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥43,550,000 (Direct Cost: ¥33,500,000、Indirect Cost: ¥10,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
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| Keywords | ガンマ線天文学 / コンプトンカメラ / ダークマター / 多価重イオン |
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| Outline of Research at the Start |
感度のギャプに埋もれて進展が妨げられている数100keVから数MeVの領域での宇宙物理学観測に革新をもたらすための新たなガンマ線宇宙望遠鏡の研究を行う。このエネルギー領域は、ブラックホールや低エネルギー宇宙線の研究、ダークマター探査などにおいて、極めて重要であるが、現在、観測ミッションが存在しない。本研究では、次世代半導体コンプトンカメラによるMeVガンマ線観測技術の確立をめざすと同時に、ダークマター探査のための理論研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
大型のCMOS-Si ハイブリッド素子と2mm厚のCdTe両面ストリップ検出器を組み合わせたコンプトンカメラをシステムとして完成させた。点線源を用いた実験を行い、データを取得した。電子の飛跡の定量化に重点をおいた解析を進め、宇宙線トラックの取得を行った。解析的な手法のほか機械学習を用いた解析を進めた。膨大なデータをリアルタイムで扱うためにFPGAの開発をモジュール化の手法を用いながらすすめた。将来のMeVガンマ線観測を実施するために、 カリフォルニア大学バークレー校のSSL (Space Science Lab.)が中心になって進めているCOSIチームに入り、Concept Study Reportの作成に参加した。超小型衛星などでの次世代コンプトンカメラ実証をめざして、モジュール化したCdTeあるいはSiセンサーの開発を進めた。多価重イオンのエネルギー準位や相互作用にあらわれる量子電磁力学効果の検証のため、Si/CdTeコンプトンカメラを用いて行った実験データの解析を行った。理論研究において、松本は軽い熱的暗黒物質の間接検出においても重要な役割を果たすと期待されている矮小楕円体銀河について、新しい手法（Mixture model）を用いて実際の観測データ（Draco, Sculptor, Ursa Minor）を解析し、各々の銀河における暗黒物質分布を推定し、いわゆるJ因子を統計的に正しい手法を用いて評価した。Tom Meliaは、ローレンツ対称性の特定な破れ方に基づき、結晶内におけるギャップを持つ振動相互作用を記述する有効場理論の研究を行った。本有効作用は、MeVスケール暗黒物質の散乱による結晶内の集団運動励起、つまり軽い暗黒物質の直接探査の計算に用いられる。これらの研究により、どのような物質(結晶)が高感度の暗黒物質探査実験を実現し得るかについての知見が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画にそって順調に進んでいる。CdTeやSiのストリップ検出器、あるいはピクセル検出器のデータ解析に関して、様々なアルゴリズムの考察が進み、実際にデータに精力的に適用することができている。多価重イオンについては、精力的にシミュレーションが実施され、解析を行って、論文が投稿された。また、SMEX計画に提案中のCOSI衛星計画に理論チームとして参加することができている。将来のMeVガンマ線観測を想定したダークマターの理論研究が進み、理論研究者のチームが形成された。
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| Strategy for Future Research Activity |
大型のCMOS-Siハイブリッド素子における電子や宇宙線粒子の再構成アルゴリズムの検討を継続するとともに、X線領域のス ペクトル特性の評価を行う。CdTeイメージャを用いた多層コンプトンカメラによるイメージング実験を行う。昨年度開発したデータ収集のため のフロントエンドを用い、膨大なデータサイズを扱うための読み出しハードウェアの開発を継続する。多価重イオンのエネルギー準位や相互作用にあらわれる量子電磁力学効果の検証のため、Si/CdTeコンプトンカメラを用いた研究を行う。将来の衛星計画に向けて高感度なMeVガンマ線検出器の実現に向けた基礎研究を進める。GeV/TeVガンマ線の観測研究を行うほか、MeVガンマ線の領域でのダークマター探索などダークマターの理論研究を進める。本研究グループが参画しているCOSI衛星計画が採択された場合、本研究テーマのさらなる発展につながるため、バックグランド評価、観測感度の検討作業のほか、ダークマター探索に向けた理論的計算を具体的に進める。
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