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2022 年度 研究成果報告書

南極周回気球実験による宇宙線反重粒子探索

研究課題

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研究課題/領域番号 20K04002
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
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
研究機関神奈川大学

研究代表者

清水 雄輝  神奈川大学, 工学部, 教授 (60434320)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード反粒子 / 暗黒物質 / 特性X線 / 機械学習
研究成果の概要

WIMP暗黒物質の間接探索を目的として、宇宙線反粒子測定実験GAPSによる反重陽子、反ヘリウム3の検出のための粒子識別手法の研究を行った。反粒子やそのバックグラウンドとなる他の粒子をGAPS測定器内で引き起こす反応パターンから高精度で識別するため、各種の機械学習アルゴリズムを利用した判別手法を開発・評価した。GEANT4シミュレーションで生成した模擬観測データを用い、三次元畳み込みニューラルネットワークと全結合型ニューラルネットワークを組み合わせたモデル、イベント再構成と機械学習を組み合わせたモデルを学習させることで、これまでの解析手法と比較して高いバックグラウンド除去性能を得た。

自由記述の分野

宇宙線・宇宙物理実験

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在WIMP暗黒物質の探索は、地下からの直接探索や対消滅・崩壊で生じる粒子を利用した間接探索を含めて様々な試みがなされている。しかし、従来の実験ではWIMPとその他のバックグラウンドイベントとの識別が原理的に困難であり、決定的な結果は得られていない。本研究では、GAPS実験によるWIMP由来の宇宙線反粒子の検出を目的として、反粒子と誤認する可能性のあるバックグラウンドを除去するためのデータ解析手法の開発を行い、近年発展の著しい機械学習の応用によって高い識別性能を得た。この手法を2023年度以降に実施予定の南極フライトで得られるデータに適用することで、高感度での反粒子探索を実現できる。

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公開日: 2024-01-30  

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