| 研究課題/領域番号 |
20H01920
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
大嶋 晃敏 中部大学, 理工学部, 教授 (10546336)
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| 研究分担者 |
佐古 崇志 東京大学, 宇宙線研究所, 特任助教 (00705022)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
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| キーワード | 高エネルギーガンマ線 / 銀河宇宙線 / 空気シャワー / 宇宙線 / 超高エネルギーガンマ線天文学 / 高エネルギーガンマ線天文学 / 南半球 / 最高エネルギーガンマ線天文学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
南米ボリビア・チャカルタヤ山中腹（標高4,740 m）で建設中の空気シャワー観測装置（ALPAQUITA）に、広いダイナミックレンジの光電子増倍管（Low-gain PMT）を追加し、高エネルギー領域（sub-PeV～10 PeV超）でのエネルギー決定精度を劇的に向上させる。これにより、南半球の空を低バックグラウンド且つ広視野で観測し、10 PeV（10の16 乗電子ボルト）を超えるガンマ線の検出と、最高エネルギーガンマ線天体を世界最高感度で探索する。本研究により未開拓の PeV を超えるガンマ線の検出に成功すれば、銀河系内で発生している最もエネルギーの高い宇宙線の起源解明につながる。
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| 研究実績の概要 |
本課題研究は、南米ボリビア・チャカルタヤ山中腹（標高4,740 m）で建設中の空気シャワー観測装置（ALPAQUITA）に、広いダイナミックレンジの光電子増倍管（Low-gain PMT）を追加し、高エネルギー領域（sub-PeV～10 PeV超）でのエネルギー決定精度を劇的に向上させ、南半球の空を低バックグラウンド且つ広視野で、10 PeV（10の16 乗電子ボルト）を超えるガンマ線を観測し、最高エネルギーガンマ線天体を世界最高感度で探索することを目標とする。本研究により、未開拓の PeV を超えるガンマ線の検出に成功すれば、銀河系内で発生している最もエネルギーの高い宇宙線の起源解明につながる成果となる。ガンマ線の検出方法は、空気シャワー中のミューオン成分を測定することで実現する。原子核宇宙線の作る空気シャワーでは大気上層でパイ中間子を介しミューオンが多数発生するが、ガンマ線が作る空気シャワーはほぼ純粋なガンマ線と電子からなる電磁カスケードを形成し、ミューオンをほとんど含まない。このような空気シャワーの特性を利用し、空気シャワー中のミューオン数を測定することで、ガンマ線とバックグランドとなる原子核宇宙線の選別を可能にする。また、現在のALPAQUITAでは、各空気シャワー粒子検出器に1本しか光電子増倍管が装備されていないため、高エネルギーガンマ線によって生じた空気シャワーでは、シャワー中心付近の検出器は粒子数が飽和してしまってエネルギー決定精度が下がってしまう。本課題研究で目指すPeV を超える空気シャワーについては多数の検出器が飽和状態となり検出できない。これを改善するために、ダイナミックレンジの広いPMTを追加し、一つの検出器で5,000粒子程度までの測定を可能にする。これによって、数100 TeV のガンマ線だけでなく10 PeV を超える宇宙線の観測も可能となる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究3年目である2022年は、新型コロナウィルスの流行も落ち着いてきたこともあり、本課題研究の当初計画の順次遂行を再開することができた。昨年度までに、必要な光電子増倍管約100本（Low-gain PMT）とそれを作動させるための高電圧装置、および光電子増倍管からの信号をデジタル化するためのAD変換装置の購入は完了し、それらを共同研究機関に送付してある。また、パンデミックが落ち着きつつあることで海外渡航制限も緩和され、ボリビアにおける新型コロナウィルス流行も落ち着いてきたため、本課題研究の研究分担者によるボリビア渡航が実現し、物資の輸出も行うことができた。研究所年度から約2年の大きな遅延が発生したが、今後は当初計画の遅れを取り戻すべく目処が立ち始めている。引き続き、国内では学会等でのプロジェクト進捗状況の発表や、オンラインによる定期的な研究会議を共同研究機関との間で行っている。また、申請者の所属大学においても本課題研究に関する研究グループが形成でき、大学院生の受け入れも開始することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本課題研究で実施する最高エネルギーガンマ線の観測施設がある南米ボリビアへの渡航も再開されたことから、今後は本課題研究の当初計画に沿って順次実験を進めていく。新型コロナウィルスの流行は終了したわけではないので、状況によっては本課題研究も再度停滞する可能性はあるが、以前の状態に戻るとは考えておらず、ある程度計画通りに進めることができると考えている。当面の計画としては、現地において光電子増倍管の取り付けと高電圧装置およびAD変換装置の設置を行い、性能評価を兼ねた試験観測の実施を行う。そのために、本課題研究代表者および研究分担者がボリビアに渡航し、実際の作業を行う予定である。
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