東京工業大学常定芳基 - 東京大学宇宙線研究所

ボリビア空気シャワー実験
(BASJE)
東京工業大学常定芳基
平成１７年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表研究会平成１７年１２月１７日
内容
* これまでの成果
knee領域宇宙線の原子核組成
* 現在の実験
knee以上の原子核組成の研究
* 次期実験計画
高山での大気蛍光観測
BASJEグループ
東工大
愛媛大
大阪市大
宇宙線研
武蔵工大
理研
国立天文台
MPI
名大STE研
U. San Andres
(Bolivia)
ボリヴィア・チャカルタヤ山標高5200ｍ
1e+09
1e+08
1e+07
Shower size
観測施設
1e+06
チャカルタヤ山の大気深さ５５０ｇ/ｃ㎡
100000
logE=16, p
logE=16, Fe
logE=17, p
logE=17, Fe
logE=18, p
logE=18, Fe
10000
1000
0
200
400
600
800
Atmospheric depth [g cm-2]
1000
最近の研究成果
● knee領域宇宙線の原子核組成研究
* 空気シャワー粒子からのチェレンコフ光観測
* 到着時間分布（チェレンコフ光信号波形）
* 宇宙線 ”等強度” 解析
* 天頂角ごとのシャワーサイズスペクトル
＜ーーー＞エネルギースペクトル
一次宇宙線核種ごとの
シャワー発達の違いを見出す
Number of charged particles
* シャワーに対する横方向分布
チェレンコフ光
等強度法
Atmospheric Depth(g/cm2)
BASJE MASアレイ
+30m
-30m
BASJE 原子核組成結果
○等頻度法解析
□チェレンコフ光パルス波形
●■チェレンコフ光横方向分布
現在の実験
● knee以上の宇宙線の原子核組成研究
Why * knee付近の統計量増加
基盤(B)
* 超新星加速? 限界? 宇宙線起源?
* 銀河外成分の見え始め?
How
* アレイ拡張
* 等強度解析
建設中
稼働：~３月
knee
???
新アレイ
* 70台
250000
* 600m X 700m
1.2
1
2
0.8
200
100
0
L
G
S
150000
0.6
100000
0.4
50000
R < 200 [m]
NT
0
N
13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18
0
log E[eV]
F
10
1
BOX: center
BOX: any
BOX + T
-200
-300
1e+08
1e+07
0.1
-1
Expected event rate [s ]
-100
-400
-400
0.2
1e+06
0.01
100000
0.001
10000
0.0001
1000
1e-05
100
1e-06
10
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
X [m]
1e-07
1
1e-08
13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18
log E[eV]
Number of events in 1 year observation
300
Trigger efficiency
200000
Aperture [m str]
Y [m]
400
BOX: center
BOX: any
BOX + T
現状
* 検出器移動済
* ケーブル入手 (30km)済
* エレキ開発済
* ケーブル敷設今
* エレキインストール今
* DAQ開発済
* 検出器較正未
次期計画
* 10^16eV ~ 原子核組成
* 独立な方法
● 上を見たい
● 光もの
空気シンチレーション光
● 縦方向発達を長く追跡
● イベントごとの核種判別
Physics & Requirements
1e+09
核種判別には first interaction point (X1) が最重要
最大発達点 (Xmax) も有力
1e+08
なるべく早い段階から追いたい
Shower size
1e+07
p
1e+06
X1 ∼ 50 [g/cm2 ]
Fe
100000
logE=16, p
logE=16, Fe
logE=17, p
logE=17, Fe
logE=18, p
logE=18, Fe
10000
1000
0
200
400
600
800
X1 ∼ 10 [g/cm2 ]
@1016 [eV]
p
Xmax ∼ 650 [g/cm2 ]
Fe
Xmax ∼ 500 [g/cm2 ]
1000
Atmospheric depth [g cm-2]
要求：16乗以上のイベントの核種判別のために、
● ~ 300 [g/cm2] からの発達を
● ~ 10 [g/cm2] の精度で測定する
300 [g/cm2] 付近は核種ごとの
サイズの違いも大きい
地表検出器アレイとの同時観測
検出器アレイ：
ow
er
Sh
Our Toy
Surface
Detector
● 電子サイズ＠観測点
● 電子横方向分布、到着時間
---> 到来方向、位置、エネルギー
2 km
シンチレーション光検出器：
● 縦方向発達測定
---> 核種判別
Fluorescence
Detector
10 [g/cm2] : Photon Sensor Resolution
9.55
9.5
2
10 [g/cm ] = 240 [m]
1°
9.45
Altitude [km a.s.l.]
240m
US-Standard atmosphere
9.4
9.35
9.3
9.25
9.2
9.15
9.1
9.05
290
4 km
~63°
2 km
295
300
305
310
2
Atmospheric depth [g/cm ]
検出器の解像度 ~1°で
精度 ΔX ~ 10 [g/cm2] が達成される
Configuration
Zenith
16°
30°
30°
Air Shower Array
2km
Air Shower Array
Ground
まとめ
BASJE
* これまでの結果：knee領域で重核優勢
* knee以上の宇宙線観測のための新アレイ建設
今年度中に稼働開始
* 大気蛍光観測計画
予算申請中

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