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宇宙線全電子スペクトルの微細構造による暗黒物質の間接探索

公募研究

研究領域ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開~LHCによる真空と時空構造の解明~
研究課題/領域番号 19H04617
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学 (2020)
早稲田大学 (2019)

研究代表者

浅岡 陽一  東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (40345054)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードCALET / 暗黒物質 / 間接探索 / 全電子スペクトル
研究開始時の研究の概要

暗黒物質の正体は,初期宇宙の熱平衡状態から膨張・冷却の過程で凍結され残存した未知の素粒子(WIMP) であるという仮説が有力となっている.
国際宇宙ステーション(ISS) に搭載された宇宙線電子望遠鏡CALET は,TeV (10の12乗電子ボルト)以上のエネルギー領域に及ぶ宇宙線の高精度直接観測を継続中である.CALETは,全電子(電子+ 陽電子)及びガンマ線の観測を介して,重い質量をもつ暗黒物質を,その対消滅や崩壊によって生成される二次粒子を検出することで探索する.
本研究では,CALET全電子スペクトルの微細構造に着目して,暗黒物質探索に新たな光を当てることを目的とする.

研究実績の概要

宇宙の27%を占める暗黒物質の正体は,素粒子と宇宙にまたがる大きな謎である.宇宙背景放射や大規模構造の観測から,暗黒物質は初期宇宙の熱平衡状態から膨張・冷却の過程で凍結され残存した未知の素粒子(WIMP)であるという仮説が有力となっている.
宇宙線電子は,ガンマ線や反粒子を含む暗黒物質間接探索の中でも,特に局所宇宙に感度のあるユニークなプローブである.2018年度にPhysical Review Lettersにて発表されたCALET全電子スペクトルには,数百GeV付近と1TeV付近に微細な構造が存在する可能性がある.本研究ではこの着目して,暗黒物質探索に新たな光を当てることを目的としてきた.
2020年度には,前年度に培った共同研究の土台を引き継ぎ,物理的な動機付けがあり,かつ全電子スペクトルの微細構造を暗黒物質起源として説明することができるモデルを構築し,Physical Review Dにて出版した.本論文では,他観測・他実験における制限や銀河内伝播過程の影響を考慮した上で,CALETの全電子スペクトルを暗黒物質探索の観点から解釈している.現状では既に,暗黒物質と原子核の反跳信号を探索する直接観測や,ガンマ線を用いた間接観測により厳しい制限が与えられていることから,特にそれらのチャンネルへのカップリングが抑制されたモデルにおける電子観測の意義について議論している.
それと同時に,国際宇宙ステーションにおける長期安定観測を継続してスペクトルの精度を向上させるため,軌道上運用の継続とそのさらなる安定化を実施した.既に2018年の論文作成時の2倍を超える統計が得られており,全電子スペクトルのさらなる高精度化を目指し,イベント毎の電子陽子識別など,さらに発展した解析方法を開発している.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (57件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 17件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 17件、 招待講演 8件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] ACPTP(韓国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University St. Louis(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Pisa University & INFN/Florence University & INFN/IFAC-CNR(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Cosmic-ray signatures of dark matter from a flavor dependent gauge symmetry model with neutrino mass mechanism2020

    • 著者名/発表者名
      Motz Holger、Okada Hiroshi、Asaoka Yoichi、Kohri Kazunori
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 8 ページ: 083019-083019

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.083019

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Carbon and Oxygen Spectra from 10??GeV/n to 2.2??TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2020

    • 著者名/発表者名
      Adriani O.、Akaike Y.、Asano K.、Asaoka Y.、Bagliesi M.G.、Berti E.、Bigongiari G.、Binns W.R.、Bongi M.、Brogi P.、Bruno A.、Buckley J.H.、Cannady N.、Castellini G.、Checchia C.、Cherry M.L.、Collazuol G.、Ebisawa K.、Fuke H.、Gonzi S.、Guzik T.G.、Hams T.、Hibino K.、Ichimura M. 他
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 25 ページ: 251102-251102

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.251102

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      O,Adriani, Y.Asaoka, M.Mori, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 18 ページ: 181102-181102

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.181102

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurements of Heavy Cosmic-Ray Nuclei Spectra with CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Y.Akaike et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series (26th Extended European Cosmic Ray Symposium)

      巻: 1181 ページ: 012042-012042

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1181/1/012042

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years2019

    • 著者名/発表者名
      Y Asaoka et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series (26th Extended European Cosmic Ray Symposium)

      巻: 1181 ページ: 012003-012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1181/1/012003

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Shoji Torii and Pier Simone Marrocchesi for the CALET collaboration
    • 雑誌名

      Advances in Space Research

      巻: 64 号: 12 ページ: 2531-2537

    • DOI

      10.1016/j.asr.2019.04.013

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of cosmic-ray carbon and oxygen energy spectra with CALET2019

    • 著者名/発表者名
      Paolo Maestro for the CALET collaboration
    • 雑誌名

      Advances in Space Research

      巻: 64

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years of Operation2019

    • 著者名/発表者名
      Asaoka Y., et al., CALET Collaboration
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 208

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Radiation dose during relativistic electron precipitation events at the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Ueno H., Nakahira S., Kataoka R., Asaoka Y., Torii S., Ozawa S., Matsumoto H., Bruno A., Nolfo G.A., Collazuol G., Ricciarini S.B.
    • 雑誌名

      Space Weather

      巻: - ページ: 209431-7

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An interpretation of the cosmic ray e+ + e- spectrum from 10 GeV to 3 TeV measured by CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Bhattacharyya Saptashwa, Motz Holger, Asaoka Yoichi, Torii Shoji
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics D

      巻: 28 ページ: 1950035-1950035

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Asaoka et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceedings of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 0011-16

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurements of Heavy Cosmic Ray Nuclei Fluxes with CALET2019

    • 著者名/発表者名
      Y.Akaike et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceedings of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 0341-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of the Proton Spectrum with CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      P.S.Morrocchesi et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceedings of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 1031-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Analysis of CALET Data for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays2019

    • 著者名/発表者名
      H.Motz and Y.Asaoka (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceeding of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 1121-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] CALET Ultra Heavy Cosmic Ray Observations on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      B. F. Rauch, W. Binns et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceeding of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 1301-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Extended Measurement of Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      S.Torii et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Proceeding of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 1421-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Interpretation of the CALET Electron+Positron Spectrum concerning Dark Matter Signatures2019

    • 著者名/発表者名
      H. Motz, Y. Asaoka and S. Bhattacharyya
    • 雑誌名

      Proceeding of Science (ICRC2019)

      巻: 358 ページ: 5331-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] CALETによる10GeV/nから2.2TeV/nの炭素と酸素のエネルギースクトル観測結果2021

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる5年間の観測の進展と運用の報告2021

    • 著者名/発表者名
      田村忠久
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる5年間の軌道上観測の成果と展望2021

    • 著者名/発表者名
      鳥居祥二
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] CALORIMETRIC ELECTRON TELESCOPE (CALET) ON THE INTERNATIONAL SPACE STATION2021

    • 著者名/発表者名
      Shoji Torii
    • 学会等名
      43rd COSPAR Scientific Assembly (online)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CALETによる宇宙線原子核のエネルギースペクトルの観測2021

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水
    • 学会等名
      第21回宇宙科学シンポジウム(オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる5年間の観測の進展状況と運用の概要2021

    • 著者名/発表者名
      田村忠久
    • 学会等名
      第21回宇宙科学シンポジウム(オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 国際宇宙ステーション搭載CALETによる5年間観測の成果2021

    • 著者名/発表者名
      鳥居祥二
    • 学会等名
      第21回宇宙科学シンポジウム(オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Dark matter from a flavor dependent gauge symmetry model and its signatures in cosmic rays2020

    • 著者名/発表者名
      Holger Motz
    • 学会等名
      KASHIWA DARK MATTER SYMPOSIUM 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CALETによる4.5年間の軌道上観測の最新成果2020

    • 著者名/発表者名
      鳥居祥二
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020) オンライン
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALET:4年半にわたる軌道上運用のまとめ2020

    • 著者名/発表者名
      浅岡陽一
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020) オンライン
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる原子核エネルギースペクトルの観測2020

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020) オンライン
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 国際宇宙ステーション搭載CALETの最新成果2020

    • 著者名/発表者名
      鳥居祥二
    • 学会等名
      第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALETの運用状況と電子、陽子・原子核スペクトル2020

    • 著者名/発表者名
      浅岡陽一
    • 学会等名
      第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] High Energy Gamma-rays and Gamma-ray Bursts Observations by CALET2020

    • 著者名/発表者名
      T. Sakamoto
    • 学会等名
      第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALET: Calorimetric Electron Telescope2019

    • 著者名/発表者名
      Pier Simone Marrocchesi
    • 学会等名
      XSCRC2019: Cross sections for Cosmic Rays, CERN, Geneva, Switzerland
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent Results and Dark Matter Search with CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Asaoka
    • 学会等名
      Dark Matter searches in the 2020s - At the crossroads of the WIMP, ICRR, University of Tokyo, Kashiwa, Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CALET Results after Three Years on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Asaoka
    • 学会等名
      16th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, Toyama, Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Shoji Torii
    • 学会等名
      Calorimetry for the High Energy Frontier: CHEF2019, Kyushu Univ. Fukuoka, Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CALET on the International Space Station: the First Three Years of Operations2019

    • 著者名/発表者名
      Paolo Brogi
    • 学会等名
      8th International Conference on New Frontiers in Physics (ICNFP2019), Crete, Greece
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Asaoka
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interpretation of the CALET Electron+Positron Spectrum concerning Dark Matter Signatures2019

    • 著者名/発表者名
      Holger Motz
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements of Heavy Cosmic Ray Nuclei Fluxes with CALET2019

    • 著者名/発表者名
      Yosui Akaike
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of the Proton Spectrum with CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Pier Simone Marrocchesi
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of CALET Data for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays2019

    • 著者名/発表者名
      Holger Motz
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CALET Ultra Heavy Cosmic Ray Observations on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Brian F. Rauch
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Extended Measurement of Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from CALET on the ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Shoji Torii
    • 学会等名
      ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Overview of CALET Observations after 3 Years on ISS2019

    • 著者名/発表者名
      Pier Simone Marrocchesi
    • 学会等名
      EPS-HEP2019: European Physical Society Conference on High Energy Physics, Ghent, Belgium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CALET Results after Three Years on Orbit on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Paolo Maestro
    • 学会等名
      ISCRA2019: International Sympsium on Cosmic Rays and Astrophysics, MEPhI, Moscow, Russia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calorimetric Electron Telescope2019

    • 著者名/発表者名
      Pier Simone Marrocchesi
    • 学会等名
      Next Generation of Astroparticle Experiments in Space (NextGapes-2019) , Moscow, Russia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CALETによる軌道上観測の最新成果2019

    • 著者名/発表者名
      鳥居祥二
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる宇宙線直接観測:陽子スペクトルの漸次的な硬化の高精度検出2019

    • 著者名/発表者名
      浅岡陽一
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CALETによる炭素と酸素のエネルギースペクトル測定2019

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Search for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays using CALET Data2019

    • 著者名/発表者名
      Holger Motz
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙線直接観測と暗黒物質の間接探索2019

    • 著者名/発表者名
      浅岡陽一
    • 学会等名
      ダークマターの懇談会 早稲田大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] CALET-カロリメータ型宇宙電子線望遠鏡

    • URL

      https://calet.jp

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] DARTS/CALET at ISAS/JAXA

    • URL

      http://darts.jaxa.jp/astro/calet

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置(CALET)

    • URL

      https://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/ef/calet

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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