2023 年度研究成果報告書

宇宙線反粒子の超高感度観測計画GAPSによるダークマター探索

研究課題

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研究課題/領域番号	22K14065
研究種目	若手研究
配分区分	基金
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	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
研究代表者	山谷昌大国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 招聘職員 (80896275)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2024-03-31
キーワード	反重陽子
研究成果の概要	南極気球実験GAPSによる宇宙線反重陽子の識別能力向上を目指し、BDTの最適化と新たな機械学習技術を導入した。学習変数の拡充と学習パラメータの精密調整により、反陽子や反ヘリウムの探索に対する有用性を確認した。また、低エネルギー反粒子の速度再構成の精度を向上させるため、回帰型ニューラルネットワークを改良し、バイアスを抑制した。Bragg curve fittingによって得られた特徴量を統合することで、反重陽子の識別能力も向上した。さらに、データ解析の効率を高めるための機械学習フレームワークを開発し、解析速度と精度を同時に向上させた。これにより、今後の研究に対する堅固な基盤が確立された。
自由記述の分野	宇宙線物理実験
研究成果の学術的意義や社会的意義	ダークマターは宇宙の質量の大部分を占めるとされながら、その正体は未解明であり、宇宙の根本的な理解を深める上で非常に重要な意義を持つ。そのような課題を解決するには、ダークマターが関わるエネルギーの大きさ、既知物質との相互作用などに関する多種多様な仮説に基づく観測手法を用いた、多角的なアプローチを取ることが求められる。本実験の宇宙線反重陽子を用いたダークマターの間接探索実験は、これまで確認されなかったエネルギー領域をターゲットにしており、ダークマター探索実験の中でも重要な位置を占める。またこの研究は先端技術の開発を促進し、計測技術やデータ解析技術の向上をもたらす。