“宇宙線観測の将来” 常定 芳基 東京工業大学 ２０１４年１月１１日 空気シャワー電波観測ワークショップ＠甲南大学 内容 • 宇宙線観測の現在：ICRC2013 • 宇宙線観測の将来計画 • 電波観測への期待 Rapporteur Talks 1 CR High-Energy Cosmic Rays Y. Tsunesada (TokyoTech) 2 CR Direct Cosmic Ray Measurements J. Mitchell 3 GA Ground-Based Gamma Rays J. Holder 4 GA Satellite Gamma Rays L. Stawarz 5 SH Solar Physics R. Gomez-Herrero (U. Alcala) 6 NU Neutrino Physics M. Nakahata (U. Tokyo) 7 DM Dark Matter Physics M. Schumann (U. Bern) (NASA/GSFC) (U. Delaware) (ISAS, Japan) Statistics ~860 participants ~1000 talks • 360 Orals • 640 Posters CR sessions • 160/360 orals • 301/640 posters • ~320 HE-CR papers • ~7.5 sec/papers HE-CR by Projects Experiment Contribs Experiment Contribs ARGO-YBJ 14 PAO 37 DAMPE 4 TA 40 IceCube 8 Tibet 7 31 Tunka 8 KASCADE-Grande 17 TUS 7 LHAASO 7 Yakutsk 10 JEM-EUSO LHC(f) 6 Other Exprmnts LOFAR 4 Theory/Sim ~35 65 HE-CR by Keywords Keyword Keyword Spectrum 33 Experiment status 33 Composition 38 R/D 78 Anisotropy 33 Neutron monitors 5 EAS Phenomena 57 Origin/Acceleration 12 Radio 38 Propagation 21 Interaction 13 γ/ν/other particles 6 Calibration 20 Data Interpretation 8 My Favorites... Wide range precision spectrum by IceTop/IceCube Shower reconstruction from reflected Cherenkov light by SPHERE-2 Light ankle by K-Grande The knee: most likely not due to exotic hadronic interactions (Pinfold) Invisible energy estimation from data - Auger Consistent CR intensity map in 10TeV ~ PeV range Hints on UHE anisotropy in TA data? Xmax from radio data Keyword: Radio Highlight talk: “Renaissance”, T. Huege, (Jul 6) 16 oral talks (EX: 8, TH: 5, IN: 3) 20 posters (EX: 8, TH: 1, IN: 11) Decline and revival of radio detection number of ICRC contributions related to radio detection of neutrinos or cosmic rays my first radio talk at an ICRC ? Lodz 2009 Beijing 2011 Rio 2013 A.A.Watson: „It appears that experimental work on Radio signals has been terminated everywhere.“ Tim Huege, KIT, ICRC2013 Highlight Talk T.C. Weekes, RADHEP2000 R.J. Nichol et al. (ANITA Coll.), NIM A 2011 15 Radio Measurements 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz (C band) AERA ANITA CODALEMA AMBER AMY (Ku band) AMBER CROME EASIER Konan U. MIDAS LOPES LOFAR TARA Tunka-Rex Yakutsk TA-ELS-echo (active bands, not the design bands) Understanding the Emission Mechanisms 0661 Huege AERA 0661 Huege Radio Tells Us Xmax LOFAR 0579 Buitink LOPES 0439 Palmieri 宇宙線観測の将来計画 • Auger はあと10年はやる • Major upgrade なし？ • TA: TAx4, TALE • • TAx4: 統計、異方性 TALE: 銀河系内-系外遷移、空気シャワー現象のよりよい理解 (LHCf) • Auger-TA の大団円？ • EUSO, TUS • ISS は 2024 まで運用：サイエンス界全体にとって朗報 • 方向性としてはより Astrophysics/Astronomy oriented • 「空気シャワー学」の賞味期限は？ 将来の方向性 • 起源解明：スペクトル、組成、天体同定または異方性 • 組成：本来はスペクトルでやるべき • • “Tibet/KASCADE regime” ではでき始めている 超高エネルギー領域ではまだまだ難しい：lnA, Xmax • 異方性：本来はスペクトルでやるべき • • スペクトル（Intensity）は方向の関数： CR/E/S/T/Ω Declination bands, “Sky patch” ごとのスペクトル → 高統計 • Post-Auger/TA：１０年またはその先 • • • • • 次が最後ではないか：規模、人、予算 早川、小田、菅らの遺産は食い尽くした：拠点の減少 空気シャワー実験は「わからないからもっとやる」では続かない 我々が定年までこの路線で食えるとは思えない Breakthrough が必要 • SN1987A, PeVNu 級 • 数10年の歴史のある業界に可能？ 生き残るためには Fundamental physics への寄与 GZKカットオフの確定：LIVやトップダウンモデル の否定 天文学への寄与 空気シャワー学ではなかなか難しい 付加価値がほしい Astrophysics/Astronomy 電波観測への期待 • いろいろなメリット • • • • • もっぱら電磁成分を相手にする：MC依存性小さい than SD Duty cycle ~ 100%, much better than FD Xmax sensitive 方向決定精度 ~0.5°：十分優秀! 建設、保守が容易（と思う） • Remote detection: SD よりは楽のはず。 • FDに比べて low-cost。 電波観測への期待と注文 • 空気シャワー学的部分が早く片付かないかなぁ • • • 自然界に空気シャワー現象や電波放射現象があるなら、それそのものを研究するこ との重要性は言うまでもない。 基礎研究は大事だが、現代の科学と社会は宇宙線/空気シャワー業界をさらに気長 に待ってくれるか、許してくれるか？ 多くの実験が進行中、計画中 → 個別ではなかなか難しい、横のつながりを。一つ の研究分野、コミュニティがあると認識してもらうのは重要 • Self-trigger! • SD, FD とは独立なエネルギーと到来方向決定 • （いろんな実験グループに対して聞いてみたいこと ）：外部トリガーでもいいのだが、1ASトリガーあた りの「電波信号ある確率」は？ HE-CR: ICRC2013 Spectra Many thanks to the groups for providing the (prelim.) data points! 2013 prelim. 2013 prelim. 2013 prelim. Spectrum E < 1018.5eV: Cherenkov Meas. 0617 Prosin 0053 Knurenko Snow-reflected Cherenkov reconstruction 1185 Dzhatdoev KASCADEGrande • Mass group separation by Nch, Nμ • Heavy knee • Light ankle 0300 Haungs, 0527 Schoo 0196 Bertaina, 0531 Fuhrmann, 0517 Toma, 0521 Kang, 0092 Chiavassa Energy Spectrum E > TA 4-year spectrum published ---> updated to 5 years Auger energy scale updated by 16~10%, energy dependent, within prev. uncertainties. Auger energy uncertainty improved from 22% to 14%. 17.5 10 eV 1277 Letessier-Selvon 0928 Verzi, 0769 Schulz 0693 Ravignani 0128 Sagawa, 0221 Bergman 2013 prelim. 5 years Mass Composition • Spectra of mass groups • <lnA> • Xmax Tunka Xmax and <lnA> 0617 Prosin 0326 Epimakhov 0304 Sveshnikova Auger Composition Measurements 0690 Ahn 0751 De Souza 0694 Garcia-Gamez TA Xmax Measurements 0132 Tsunesada 0512 Tameda 0794 Allen 0794 Allen 0794 Allen 0512 Tameda 0512 Tameda What Next? Around and beyond the knee: Elemental group spectra ---> True composition study Heavy knee and light ankle: Confirmation and interpretation Highest energies: Keep on taking data! • Auger: “Acquire mode data, next 10 years will give x3” • TA: Next 5 years: TAx4, TALE • Light/heavy problem: muon separation, Xmax of zenith/declination bands • Toward true anisotropy study: Spectra of different directions/sky patches Radio: Independent operation & Energy determination • ICRC2015!!! JEM-EUSO 0738 Santangelo/Picozza • Huge exposure ---> Significant anisotropy expected! (0984 Parizot) • 31 CR-contributions • R&D successful • Pathfinders: TA-EUSO, EUSO-Baloon • Launch: 2017 Forthcoming: TALE 0717 Ogio 0389 Ivanov TA Middle Drum station TALE FD station TALE SD array area Non-Imaging Cherenkov Array (NICHE) add-on 0366 Krizmanic/Bergman 0983 Bergman A shower event from first hour operation
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