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天文学研究における現状及び 将来計画

天文学研究における現状及び 将来計画. 現状： Super-Kamiokande 将来計画： Telescope Array. 東京大学宇宙線研究所. 宇宙線研究とは. 観測対象： 　宇宙から飛来する粒子線、 　ガンマ線、重力波等 得られる知見：　素粒子物理学（ニュートリノ） 　 宇宙物理学（ビッグバン、 暗黒物質、・・・） 　天体物理学（活動天体）. 宇宙線研究の復興. 超新星 SN1987A からのニュートリノを観測 　（ Kamiokande, IMB ） 「自然に帰れ」：素粒子加速器のエネルギー 　限界

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天文学研究における現状及び 将来計画

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Presentation Transcript

  1. 天文学研究における現状及び将来計画 • 現状：Super-Kamiokande • 将来計画：Telescope Array 東京大学宇宙線研究所

  2. 宇宙線研究とは • 観測対象： 　宇宙から飛来する粒子線、 　ガンマ線、重力波等 • 得られる知見：　素粒子物理学（ニュートリノ） 　 宇宙物理学（ビッグバン、 暗黒物質、・・・） 　天体物理学（活動天体）

  3. 宇宙線研究の復興 • 超新星SN1987Aからのニュートリノを観測 　（Kamiokande, IMB） • 「自然に帰れ」：素粒子加速器のエネルギー 　限界 • 宇宙を実験室に（ビッグバンの痕跡・・・） • 自然の精密観察（陽子崩壊・・・）

  4. 宇宙線研究所における研究のキーワード • ニュートリノ • Super-Kamiokande • 最高エネルギー宇宙線 • AGASA • 高エネルギーガンマ線 • CANGAROO（in オーストラリア） • 重力波 • TAMA（with 国立天文台）

  5. 現状：Super-Kamiokande • 平成２年学術審議会報告： • ・・・大型水チェレンコフ宇宙素粒子観測装置計画・・・の実現を図ることは喫緊の課題である・・・ • 平成３年建設開始、平成８年観測開始

  6. スーパーカミオカンデ （１９９６年４月完成）

  7. 成果：Super-Kamiokande • 平成１０年：大気ニュートリノの観測からニュート 　 リノ振動、すなわちニュートリノの有 　限質量を発見 • 平成１２年：つくばー神岡間ニュートリノ振動実験 　においてニュートリノ振動を９５％の 　確率で確認 • 平成１２年：太陽ニュートリノ問題の解であるニュ 　ートリノ振動の基本パラメータを決定 • 将来計画：　当面観測を継続する

  8. 特徴 • 純水量＝５００００トン • 有効体積＝２２５００トン（カミオカンデ有効体積：６８０－１０００トン） • 光電子増倍管の改良（時間、電荷特性） • 光電子増倍管取り付け密度＝２本/m2 • 総数＝１１２００本 • 高度な電子計算機システム • 純水製造装置（溶存ラドンガスの除去）

  9. p, He 大気 π± μ± νμ 大気ニュートリノとは（Ⅰ） Super-K e± νe 地球 νμ：νe＝２：１

  10. θ θ 大気ニュートリノとは（Ⅱ） フラックスの上下 対称性 地球

  11. イベントディスプレー

  12. 電子 ミューオン 低エネルギー 高エネルギー

  13. ニュートリノ振動

  14. パラメーターΔm2, sin2(2θ)の決定

  15. つくばー神岡間ニュートリノ振動実験 • 観測結果より飛行距離数１００ｋｍから振動の効果が現れる

  16. つくば 近接装置 ニュートリノ生成場所 ターゲット 陽子ビームライン 陽子加速器 陽子 １０００トン装置内部

  17. μニュートリノは減ったか • 昨年４月から実験開始 • 使用陽子総数 ＝1.66×1019個 • 神岡での期待数 ＝29.2±3.4個 • 観測数 ＝17個！ • 大気ν異常からの期待数＝19個

  18. 太陽ニュートリノの精密観測

  19. 太陽ニュートリノフラックス の地上における予想値 （エネルギーの関数として） 太陽ニュートリノフラックス 観測結果（緑色）と予想値 の比較

  20. Super-Kamiokandeの結果による パラメーターΔm2、　sin2(2θ) の決定 グリーンの領域：フラックス測定の 　　　　　　　　　　　みによって決定 　　　　　　　　　　　された許可領域 赤の右側領域：　スペクトル測定に 　　　　　　　　　　　よる排除領域 結果： Δm2 ~10-4eV2, sin2(2θ)~1 の領域が唯一解となる 青：　KamLandの探索可能領域　

  21. 現状：AGASA 111 Sci. Detectors

  22. 空気シャワーと観測データ 空気シャワーの発達 AGASAで観測された最 大エネルギーイベント 地上検出器

  23. 成果：AGASA 観測頻度　Ｘ　Ｅ３ 一様分布する発生源から 期待されるエネルギー分布 エネルギー（電子ボルト） GZK限界

  24. GZK限界とは • 入射粒子が通常の陽子pとする • 宇宙には宇宙背景放射（温度2.7Kの光子）が存在 • 陽子エネルギーが約６×１０１９電子ボルト以上で陽子は光子と反応してπ中間子を作りエネルギーを失う。 • 宇宙遠方からの陽子は地球に届くまでにエネルギーを失う • 約１０２０電子ボルト以上の陽子数は急速に減少する

  25. 最高エネルギー宇宙線の到来方向

  26. 最高エネルギー宇宙線の源は？ • ガンマ線バーストなどの活動天体か？ • 入射粒子は陽子 • ビッグバンの生き残りか？ • 入射粒子はガンマ線やニュートリノ • エネルギーの上限はどこにあるのか？

  27. 今後の観測の戦略 • もっと観測数を！ • １０年で６００例：　スペクトルの測定 • 入射粒子の同定 • ビッグバン起源：　ガンマ線やニュートリノが主 　　　成分 • ガンマ線バースト等：　陽子が主成分

  28. 将来計画：Telescope Array

  29. 装置の発展の歴史

  30. ユタ州に設置 有効面積は日本国土の６分の１

  31. 緊急性 • アルゼンチンにおいてPierre Augerプロジェクトの建設開始（２００５年観測開始予定） • 宇宙線研究所が蒔いたシードの収穫をAuger計画に取られるな！

  32. 反射鏡 • カメラ • 構造体 プロトタイプ作成 現地にてテスト 大気モニター 試験開発の状況 装置の本格建設はいつでも可能

  33. 現状：TAMA

  34. 研究目的 • 重力波は時空場のひずみの伝播 • 電波は電磁場のひずみの伝播 • 超新星や中性子星の合体、ビッグバンがその源 • ニュートリノと同時観測

  35. 成果：TAMA • レーザー干渉系として正常に動作（世界最大の装置） • ノイズレベルが高周波で設計値に近づく • 低周波ノイズ成分の低減に努力

  36. 地球の公転軌道が水素原子の直径の約１％くらい変化した地球の公転軌道が水素原子の直径の約１％くらい変化した

  37. 将来計画：LCGT

  38. LCGT:特徴 • 低温鏡、懸架装置（２０Ｋ）の導入 • 地下に設置（地面振動＝１／１００） • 大出力レーザーとリサイクリング技術

  39. 実験場所

  40. まとめ • Super-Kamiokande、AGSA、CANGAROO、TAMA等、宇宙線研究所における研究の現状は満足すべきものである • 今後の研究戦略 • Super-Kamiokandeの観測継続 • CANGAROOの科研費による増強 • Telescope Arrayを直ちに実現 • LCGTを早急に実現

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