| 研究領域 | 宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05185
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小高 裕和 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50610820)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | MeVガンマ線 / コンプトンカメラ / ガンマ線天文学 / 宇宙元素合成 / 液体アルゴン検出器 / ガンマ線検出器 / 宇宙物理（実験） / Ｘ線γ線天文学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電磁波をもちいた宇宙の観測は電波から高エネルギーガンマ線まで幅広い波長域で行われているが、中でも中間エネルギーガンマ線、すなわち 0.1-10 メガ電子ボルト (MeV) の帯域は、依然として未開拓の波長域として残されている。このエネルギー帯域の観測が実現すれば、超新星爆発や連星中性子星の合体、ブラックホールなどの高エネルギー天体における核反応からのラインガンマ線を初めて捉えて、物質の起源を探ることができるようになる。本研究は、中間エネルギーガンマ線天文学の開拓を目指して、多重散乱コンプトンカメラの解析アルゴリズムを開発し、さらにその成果を腫瘍の診断・治療などの核医学分野へ展開する。
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| 研究実績の概要 |
天文学における未開拓の電磁波帯域である中間エネルギーガンマ線、すなわち0.1-10 メガ電子ボルト (MeV) の帯域には、原子核が放出するラインガンマ線が存在し、超新星爆発や連星中性子星の合体、ブラックホールなどの高エネルギー天体における核反応の唯一の直接的プローブを提供する。本研究者らは、MeVガンマ線天文学を開拓するため、大有効面積を実現できる液体アルゴンTime Projection Chamber (LArTPC) を気球搭載し、同一検出器で反重陽子検出によるダークマター間接探索とコンプトンカメラによるMeVガンマ線観測を同時に行なうGRAMS実験を推進している。
2020年度はGRAMS計画を本格的に始動させるための基礎的な研究を進めた。第２、３回目のコラボレーション会議をオンラインで実施し、日米双方の研究の進捗やゴールの設定を確認した。
GRAMSのLArTPCを用いたコンプトンカメラは、大容量の散乱体のみで構成されるという新しい概念を採用している。そこで主要なイベントとなる多重コンプトン散乱の正確な解析が不可欠であり、今年度は再構成アルゴリズムの開発を行った。独立な２つのモデルを考案した。ひとつは物理モデルに基づく最尤推定法であり、もう１つはモンテカルロシミュレーションで生成したデータを利用した深層学習による方法である。どちらも高い再構成効率を達成することができ、現在、論文を準備中である。また、気液二相型アルゴンTPC「ANKOK5」の実機データを用いて、GRAMSのプロトタイプ機を設計するための基礎評価を行った。さらに、MeVガンマ線の観測戦略立案のため、硬X線・GeVガンマ線カタログのマッチングによるMeVガンマ線天体リストの作成も行った (論文投稿済)。以上の成果により、日本におけるGRAMSプロトタイプ機の開発準備を整えることができた。
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| 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。
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| 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。
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