| 研究課題/領域番号 |
21K03587
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉越 貴紀 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (30322366)
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| 研究分担者 |
大石 理子 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (10420233)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 宇宙線（実験） |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代大型地上ガンマ線天文台CTAが目指すサイエンス全般における観測結果の精度を高めるために、多様な観測条件に対応した装置応答関数群を生成する大規模モンテカルロシミュレーションのさらなる効率化を行う。計算時間の大部分を占める宇宙線バックグランド事象のシミュレーションにおいて、その大気中での核カスケード初期反応を詳細に調べ、データ解析で除去されることが自明な事象との相関を取ることで不要なバックグランド事象の生成を省略し、作業全体を効率化する方法を確立する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、次世代大型地上ガンマ線天文台CTAの多様な装置応答関数(IRF)を生成する大規模モンテカルロ(MC)シミュレーションのさらなる効率化を目的とする。計算時間の大部分を占める宇宙線バックグランド事象のシミュレーションにおいて、データ解析で除去されることが自明な事象を空気シャワーの初期反応を参照して同定し、それらを省略する新手法を開発する。
2023年度は、上記課題に大学院修士課程学生が取り組み、結果を修士論文にまとめた。宇宙線バックグランドの主成分である陽子に起因する空気シャワーは、大気中での反応過程の違いから、ガンマ線空気シャワーと比べて横に広がる。CTAは空気シャワーから発生する大気チェレンコフ光を捕らえるため、大気チェレンコフ光像の太さと空気シャワー横広がりの間には正の相関があるはずである。しかし、当該学生の先輩が行った先行研究ではこの相関を明確に見いだすことができず、より詳細な調査が必要な状況であった。そこで当該修士学生は、シミュレートした空気シャワーの発達の様子(1)を3次元表示し、CTAの北サイト（La Palma）アレイで捕らえた同事象の大気チェレンコフ光像(2)と共に可視化するプログラムを構築した。これを用いて特に(1)と(2)の広がりが逆相関に位置する特異な事象を可視化し、相関を悪くしている原因について検討した。その結果、地上に配置しているCTAの望遠鏡がまばらで空気シャワーの特徴を十分に抽出できていない可能性があることがわかった。データ解析においてそれを改善する幾つかの試みを行ったが、(1)と(2)の相関揺らぎを十分に低減することは困難であり、当初目的のシミュレーション効率化・省略手法として実用的なレベルのものは実現できなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
空気シャワー発達の幾何と大気チェレンコフ光観測データの間に当初想定よりも複雑な効果があることがシミュレーションで判明し、その理解に時間を要したため研究はやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題のこれまでの調査で、空気シャワー発達の外形と大気チェレンコフ光信号パターンの間の相関自体は確認することができ、シミュレーション効率化研究の基盤は確立した。しかし、その揺らぎの効果が当初想定よりも大きく、実用的な効率化アルゴリズムの構築段階で研究は難航している。今後の方策については、本研究領域の海外のエキスパートと議論を行うことで打開策を見いだしていく予定である。また、上記相関関係の理解に時間を要したため、本研究がより効果的に働くと期待できるCTA南サイト（Paranal、北サイトより望遠鏡数が多く、本研究の効果が現れやすい高エネルギー帯での観測感度が高い）に対するシミュレーション研究が未着手になっている。上記打開策を得た後にはこれを南サイトにも適用し、シミュレーション効率の検証を行っていく。
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