シリカエアロゲルによる高エネルギー宇宙線同位体比の精密測定：宇宙線伝播機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K03666
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 田端 誠 千葉大学, 大学院理学研究院, 特任研究員 (10573280)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: シリカエアロゲル / チェレンコフ輻射体 / リングイメージングチェレンコフ検出器 / 屈折率 / 透過率 / 宇宙線 / HELIX / 放射線検出器 / HELIX実験 / 宇宙線同位体比 / 宇宙線実験

研究成果の概要

地球極域長期周回気球に搭載し、大気圏外で一次宇宙線粒子を観測するためのチェレンコフ検出器を開発した。チェレンコフ検出器は、相対論的な速度の荷電粒子が輻射体を通過する際に生じるチェレンコフ光を光検出器で捉え、出力信号を解析することで粒子の速度を決定することができる。チェレンコフ検出器の性能は輻射体の屈折率や透明度などの光学機能に強く依存する。屈折率が適切に制御され、高い透明度の疎水性シリカエアロゲルの開発と量産に成功し、これまで測定が難しかった高エネルギー宇宙線の軽元素同位体比の測定が可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙線の発見から100年以上が経つが、その銀河空間における伝播機構は未だ完全には解明されていない。様々な伝播機構理論モデルが提案されているが、観測データの不足によりモデルの正当性を評価できていない。各々の理論モデルが異なる予言を与えている、高エネルギー領域の宇宙線粒子の軽元素同位体存在比の精密測定が宇宙線伝播機構の解明の鍵となる。本研究で開発したエアロゲルによるチェレンコフ検出器を用いれば理論モデルに強い制限を与えることができる。

研究成果

• [国際共同研究] McGill University/Queen's University(カナダ)
• [国際共同研究] University of Chicago/University of Wisconsin-Madison/Pennsylvania State University(米国)
• [国際共同研究] McGill University(カナダ)
• [国際共同研究] University of Chicago/University of Wisconsin-Madison/Pennsylvania State University(米国)
• [国際共同研究] University of Chicago(米国)
• [国際共同研究] McGill University(カナダ)
• [雑誌論文] エアロゲルの開発と応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田端 誠
  • 雑誌名: 高エネルギーニュース 巻: 38 ページ: 124-134
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of Silica Aerogel Radiator Tiles for the HELIX RICH Detector (2019)
  • 著者名/発表者名: P.Allison, J.Beatty, L.Beaufore, Y.Chen, S.Coutu, E.Ellingwood, M.Gebhard, N.Green, D.Hanna, B.Kunkler, S.Mognet, R.Mbarek, K.McBride, K.Michaels, D.Muller, J.Musser, S.Nutter, S.O'Brien, N.Park, T.Rosin, E.Schreyer, G.Tarle, M.Tabata*, A.Tomasch, G.Visser, S.Wakely, T.Werner, I.Wisher, M.Yu
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: 358 ページ: 139-139
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmic-ray Isotope Measurements with HELIX (2019)
  • 著者名/発表者名: P.Allison, J.Beatty, L.Beaufore, Y.Chen, S.Coutu, E.Ellingwood, M.Gebhard, N.Green, D.Hanna, B.Kunkler, I.Mognet, R.Mbarek, K.McBride, K.Michaels, D.Muller, J.Musser, S.Nutter, S.O'Brien, N.Park*, T.Rosin, E.Schreyer, G.Tarle, M.Tabata, A.Tomasch, G.Visser, S.Wakely, T.Werner, I.Wisher, M.Yu
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: 358 ページ: 121-121
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Design and Construction of the HELIX RICH Detector (2019)
  • 著者名/発表者名: P.Allison, J.Beatty, L.Beaufore, Y.Chen, S.Coutu, E.Ellingwood, M.Gebhard, N.Green, D.Hanna, B.Kunkler, I.Mognet, R.Mbarek, K.McBride, K.Michaels, D.Muller, J.Musser, S.Nutter, S.O'Brien, N.Park, T.Rosin, E.Schreyer, G.Tarle, M.Tabata, A.Tomasch, G.Visser, S.Wakely, T.Werner, I.Wisher*, M.Yu
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: 358 ページ: 152-152
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calibration of the Aerogel Tiles for the HELIX RICH (2019)
  • 著者名/発表者名: P.Allison, J.Beatty, L.Beaufore, Y.Chen, S.Coutu, E.Ellingwood, M.Gebhard, N.Green, D.Hanna, B.Kunkler, I.Mognet, R.Mbarek, K.McBride, K.Michaels, D.Muller, J.Musser, S.Nutter, S.O'Brien, N.Park, T.Rosin*, E.Schreyer, G.Tarle, M.Tabata, A.Tomasch, G.Visser, S.Wakely, T.Werner, I.Wisher, M.Yu
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: 358 ページ: 133-133
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Developing a silica aerogel radiator for the HELIX ring-imaging Cherenkov system (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Tabata, P. Allison, J.J. Beatty, S. Coutu, M. Gebhard, N. Green, D. Hanna, B. Kunkler, M. Lang, K. McBride, S.I. Mognet, D. Muller, J. Musser, S. Nutter, N. Park, M. Schubnell, G. Tarle, A. Tomasch, G. Visser, S.P. Wakely, I. Wisher
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 印刷中 ページ: 161879-161879
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.02.006
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] High-quality aerogel Cherenkov radiators recently developed in Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Makoto Tabata
  • 学会等名: 5th International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics (TIPP2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 南極気球による宇宙線軽元素同位体比精密測定実験HELIXに向けたリングイメージングチェレンコフ検出器のための超高屈折率シリカエアロゲル (2019)
  • 著者名/発表者名: 田端 誠
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Production of silica aerogel radiator tiles for the HELIX RICH (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Tabata, P. Allison, J.J. Beatty, L. Beaufore, Y. Chen, S. Coutu, E. Ellingwood, N. Green, D. Hanna, B. Kunkler, R. Mbarek, K. McBride, S.I. Mognet, D. Muller, J. Musser, S. Nutter, S. O'Brien, N. Park, T. Rosin, G. Tarle, A. Tomasch, G. Visser, S.P. Wakely, I. Wisher, M. Yu
  • 学会等名: 36th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Silica aerogel radiator for the HELIX RICH system (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Tabata, P. Allison, J.J. Beatty, S. Coutu, M. Gebhard, N. Green, D. Hanna, B. Kunkler, M. Lang, S.I. Mognet, D. Muller, J. Musser, S. Nutter, N. Park, M. Schubnell, G. Tarle, A. Tomasch, G. Visser, S.P. Wakely, I. Wisher
  • 学会等名: 10th International Workshop on Ring Imaging Cherenkov Detectors (RICH 2018)
  • 国際学会
• [備考] Blue dot
  • URL: http://www.ppl.phys.chiba-u.jp/~makoto/index.html