超広視野屈折光学系を用いた超高エネルギー宇宙線観測装置の性能評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14740178
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 榊 直人 独立行政法人理化学研究所, 計算宇宙物理学研究室, 協力研究員 (90342790)
• キーワード: 最高エネルギー / 宇宙線 / 空気シャワー / シミュレーション / 衛星軌道 / EUSO

研究概要

現在、宇宙から10^<20>eVを超える超高エネルギー宇宙線が存在していることが知られている。東大宇宙線研の明野広域空気シャワー観測装置(AGASA)では1990年から世界最大の検出面積(100km^2)で観測を続けており今までに10例を超える10^<20>eV以上の宇宙線を観測した。その起源についてさまざまなモデルが提唱されているが、主に統計精度不足のためにまだ解明されていない。この起源を明らかにするためには、AGASAより更に大きな検出面積を持つ装置が必要である。検出面積を劇的(約1000倍)に増やすために、EUSO、OWLなど宇宙から超高エネルギー宇宙線による空気シャワー現象を観測する計画が進行中である。本研究ではEUSOで実際に使われる予定の望遠鏡光学系シミュレーションコードを完成し、フレネル形状を含めた収差を計算できるようになった。実際に作成された1/6スケールフレネルレンズと計算結果を比較し、よく再現できていることが確かめられた。また、解析的手法を用いた空気シャワー生成と大気蛍光、チェレンコフ光発生、大気中での光の伝播の高速シミュレーションコードを開発し、望遠鏡シミュレーションコードと合わせて、トリガー条件の最適化についての検討と、EUSOで期待される性能(エネルギー閾値5×10^<19>eV、角度決定精度など)の評価を行った。この高速シミュレーションコードで用いられるシャワーモデルをより現実的なものにするためフルモンテカルロシミュレーションCORSIKAを用いてデータベースの構築をし、データベースを利用して生成したシャワーについて同様にEUSOの性能評価を行い、解析的なシャワーを用いた場合とほぼ同じ結果を得た。

研究成果

• [文献書誌] M.Nagano, K.Kobayakawa, N.Sakaki, K.Ando: "Photon yields from nitrogen gas and dry air excited by electrons"Astroparticle Physics. 20. 293 (2003)
• [文献書誌] M.Ameri, N.Sakaki et al.: "The photo-detector for the EUSO experiment"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, sect.A. 504. 99 (2003)
• [文献書誌] N.Sakaki, M.Nagano, K.Kobayakawa, K.Ando: "New Photon Yields Measurement in Air and its Efect on the Energy Estimation of Ultra-high Energy Cosmic Rays"Proceedings of 28^<th> International Cosmic Ray Conference. 2. 841 (2003)
• [文献書誌] Naoto Sakaki et al.: "Development of Multi-Anode Photomultipliers for the EUSO Focal Surface Detector"Proceedings of 28^<th>th International Cosmic Ray Conference. 2. 931 (2003)