横浜国立大学・宇宙線物理学研究室

2025年度の活動

学会発表　（2026年3月24日）: 日本物理学会でM1の竹山君が研究報告。; 「大規模空気シャワーアレイのための分散型データ収集システムの研究」; 竹山祐希, 大西宗博, 片寄祐作, 川田和正　（日本物理学会、2026年春季大会、9月24日、24aW2-10 オンライン）; 概要：我々は、Sub-PeVからPeV領域における宇宙ガンマ線の高精度観測を目指し、約1 km²の観測面積に千台以上の地表空気シャワー検出器を配置する大規模検出器アレイの構築を検討している。データ収集においては、Tibet ASγ実験やALPACA実験と同様に一か所へ集約する収集システムを採用した場合、トリガー頻度の増大や長尺ケーブルによる信号減衰が課題となる。これらの解決のため、検出器アレイを複数の小アレイに分割する、「分散型データ収集システム」を検討した。本研究では、30m間隔に検出器を配置した大規模アレイを9分割し、各小アレイが独立にデータ収集を行うと同時に、アレイ間を１ナノ秒以下で時刻同期することを仮定したモンテカルロシミュレーションにより分散型データ収集システムによるアレイ性能を評価した結果、特に10TeV以下のガンマ線の検出効率が、アレイ分割の影響で低下することを確認した。この問題の解決のため、境界線付近の検出器の感度を大きくする重みづけを行ったところ、効率の改善が見込めることが分かった。また、各小アレイで収集したデータを統合してガンマ線の到来方向を計算すると、100 TeVガンマ線に対して、約0.5°の角度分解能で到来方向推定が可能であることが確認できた。

プレスリリース　（2026年03月5日）: Science Advancesに発表した論文をプレスリリースしました。; ""Constraining the magnetohydrodynamic turbulence around Geminga by observing the γ-ray halo beyond 100 TeV"; M.Amenomiri et al., Science Advances; DOI: 10.1126/sciadv.adv8173; プレスリリースPDF; 大学プレスリリースHP; チベット空気シャワー観測装置が、地球から約800光年と非常に近くにある天体ゲミンガのガンマ線ハローから100兆電子ボルト超のガンマ線の精密測定に成功しました。この観測結果からゲミンガでの電子の加速上限が約100兆電子ボルトであることを初めて突き止めました。また、電子の拡散係数のエネルギー依存性の測定から、銀河平均の約100分の１と小さく電子拡散が強く抑制されることを示し、1パーセク以下のスケールを持つ乱流特性を初めて明らかにしました。

Abstract: The extended γ-ray halo surrounding an old pulsar wind nebula (PWN) is an ideal place to investigate both the acceleration and diffusion processes of cosmic rays. In this work, we report the γ-ray halo observed with high precision by the Tibet ASγ experiment at the world’s highest-energy above 100 tera–electron volt (TeV). We determined the acceleration limit at about 100 TeV, beyond which the electron/positron flux suppresses exponentially, while we measured the morphology of the γ-ray halo at three different energies. We also found that the energy dependence of the diffusion coefficient is consistent with the Kolmogorov magnetohydrodynamic (MHD) turbulence and determined the turbulence property at scales smaller than 1 parsec. The measurements indicate that the energy of electrons/positrons is insufficient to amplify the strong MHD turbulence around itself, thereby suppressing the diffusion coefficient.

ボリビア・チャカルタヤ高原での観測実験

(2026年2月22日-3月10日)

本年度科研費課題（基盤研究(B)「銀河PeVガンマ線広視野連続観測のための高速な分散型データ計測技術の開発」）では、大規模空気シャワー観測装置を使ったPeVガンマ線天文を目指した将来実験のため、データ収集システムの開発を行っています。今回、片寄とM2の野口君２名が出張し、チャカルタヤ高原の観測サイトにあるALPACA空気シャワー観測装置を使ったテスト実験のための準備、打ち合わせ等を行いました。

研究会発表　（2026年03月2日）: 修士１年の小林君、竹山君、４年生の宝地戸君が研究会で研究報告をしました。。; 「地上型水チェレンコフ検出器を用いた粒子弁別手法の研究"」宝地戸仁; 「機械学習を用いた一次原子核宇宙線エネルギー決定手法の研究」　小林柾斗; 「大規模空気シャワーアレイのための分散型データ収集システムの研究」竹山祐希; 第８回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会 2026年3月2日、3日、東大宇宙線研柏キャンパス

卒業研究審査会　（2026年2月18日）: 卒業研究審査会が行われました。; 寺門侑祐; 「モンテカルロシミュレーションによるTibet-III 空気シャワー実験における大天頂角事象の測定性能評価」; 　　; 青柳南都; 「空気シャワー中の陽電子消滅ガンマ線の測定」; 　　; 増原将平; 「動的グラフニューラルネットワークを利用したガンマ線誘起空気シャワー選別手法の研究」; 　　; 宝地戸仁; 「地上型水チェレンコフ検出器を用いた粒子弁別手法の研究」; 横浜国大・理工学部A棟306室2月18日

発表論文　（2026年2月17日）: "Charge–Sign Dependent Drift Effects in the Time–Lag of Cosmic–Ray Variation Relative to Solar Activity Observed with the Calorimetric Electron Telescope (CALET)"; O Adriani et al.(CALET Collaboration); Progress of Theoretical and Experimental Physics, Volume 2026, Issue 3, March 2026, 033F01 (2024 IF:8.3); DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptag025

発表論文　（2026年2月2日）: "Observation of the Forbush Decrease on 2024 May 10, Using the ALPAQUITA Air-shower Array at the 70–1000 GV Rigidity Range"; M. Anzorena et al. (The ALPACA Collaboration); The Astrophysical Journal, Volume 998, Number 1 (2026); DOI: 10.3847/1538-4357/ae353c

修士論文審査会　（2026年2月10日）: 修士論文審査会が行われました。; 野口遊瑚; 宇宙線空気シャワー中の陽電子由来ガンマ線を用いた二次電子・陽電子比の推定手法のシミュレーション研究ALPACA実験のためのトリガー判定回路の性能評価; 　　; 規模宇宙線実験のためのポータブルなデータ収集システムの開発; 山岸元輝; 　　; 横浜国大・総合研究棟W701室　2月10日

研究会発表　（2026年01月29日）: 2025(令和7)年度東大宇宙線研共同利用研究成果発表会で報告しました。; 「チベット高原での高エネルギー宇宙線の研究」片寄　祐作; 2025(令和7)年度東大宇宙線研共同利用研究成果発表会2026年1月28日、29日、東大柏キャンパス・メディアホール

発表論文　（2026年01月21日）: 博士課程の廣瀬君が研究を査読論文として発表しました。; "Feedback-Controlled Beam Pattern Measurement Method Using a Power-Variable Calibration Source for Cosmic Microwave Background Telescopes"; Haruaki Hirose , Masaya Hasegawa , Daisuke Kaneko , Taketo Nagasaki , Ryota Takaku , Tijmen de Haan , Satoru Takakura , Takuro Fujino; Progress of Theoretical and Experimental Physics, (2024 IF:8.3); DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptag01; 宇宙が誕生直後に指数関数的な膨張をしたとするインフレーションモデルを実験的検証するため、インフレーションにより生じた原始重力波が宇宙マイクロ波背景放射(CMB) に刻む”Bモード” と呼ばれる偏光パターンの探索が国際的に進んでいます。この研究では、CMB望遠鏡の性能向上を目指し、出力パワー可変な光源をフィードバック制御することで高いダイナミックレンジを得る手法を考案し、実験的にその性能を証明しました。

Abstract: We demonstrate a novel beam pattern measurement method for the side lobe characterization of cosmic microwave background telescopes. The method employs a power-variable artificial microwave source under feedback control from the detector under test on the telescope. It enables us to extend the dynamic range of the beam pattern measurement without introducing nonlinearity effects from the detector. We conducted a laboratory-based proof-of-concept experiment, measuring the H-plane beam pattern of a horn antenna coupled to a diode detector at 81 GHz. We gained an additional dynamic range of 60.3 dB attributed to the feedback control. In addition, we verified the measurement by comparing it with other reference measurements obtained using conventional methods. The method is also applicable to general optical measurements requiring a high dynamic range to detect subtle nonidealities in the characteristics of optical devices.

研究会発表　（2025年11月12日）: 「第26回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ/2025年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ」でD3の廣瀬君が研究報告。; 「フィードバック制御する強度可変較正光源を用いたCMB望遠鏡のビームパターン測定手法」; 廣瀬　開陽　（26回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ/2025年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ、11月12日、13日、P23、　名古屋大学　東山キャンパス　ES総合館　 ESホール）

発表論文　（2025年10月27日）: 6月に博士号を取得した奥川君が研究を査読論文として発表しました。; "Experimental Verification of a Convolutional Neural Network Separation Method in TeV Gamma-Ray Observations by the Tibet ASγ Experiment"; M. Amenomori et al.(Tibet ASγCollaboration); Progress of Theoretical and Experimental Physics, Volume 2025, Issue 10, October 2025,103F01 (2024 IF:8.3); DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptaf127; この研究では、AI技術を使って宇宙線ガンマ線観測の感度を高めることを目指しました。チベットASγ実験では、空気シャワーと呼ばれる現象を利用して高エネルギーのガンマ線を観測しています。ただし、宇宙からは陽子やヘリウムなどの原子核もたくさん飛んでくるため、ガンマ線との区別がとても重要です。そこで、観測データに畳み込みニューラルネットワーク（CNN）を使ってガンマ線を選び出す手法を開発しました。この手法は、2024年に Experimental Astronomy 誌で “Neural networks for separation of cosmic gamma rays and hadronic cosmic rays in air shower observation with a large area surface detector array” というタイトルで発表しています。今回は、その方法を実際の観測データに適用し、しっかりと効果を確認することができました。

Abstract: Since 1990, the Tibet ASgamma experiment has been observing gamma rays and cosmic rays with energies greater than several TeV using a surface air shower array. An underground muon detector (MD) array operating since 2014 enables us to significantly discriminate between gamma rays and cosmic rays by counting the number of muons in the air showers. However, discrimination with only the air shower array is challenging. We developed a convolutional neural network (CNN)-based method to improve the sensitivity of gamma-ray measurement data recorded by only the air shower array. The area-under-the-curve values of the CNN method for gamma rays generated by a Monte Carlo (MC) simulation assuming a gamma-ray source (Crab Nebula) were 0.75 at 10 TeV and 0.83 at 100 TeV. The detection significances of gamma rays were improved by factors of 1.232 +- 0.007 at 10 TeV and 1.557 +-0.022 at 100 TeV. For verification, we applied the proposed method to experimental data including high-purity gamma-ray-like events in the direction of the Crab Nebula, acquired using both arrays. The distributions of gamma-ray-like properties obtained from the CNN were in good agreement with the MC Simulation, with reduced values of 0.507-1.57, corresponding to an upper cumulative probability of 0.120-0.871.

発表論文　（2025年10月27日）: 2024年に本研究室で卒業研究を行った今和泉君が研究を査読論文として発表しました。; "A Simulation Study on the Cosmic-Ray Energy Spectra of Elemental Mass Groups using the Tibet Air-Shower and Muon Detector Arrays through the Bayesian Unfolding Method"; G Imaizumi, M Anzorena, K Fujita, Y Katayose, S Kato, T Kawashima, K Kawata, A Mizuno, M Ohnishi, R Garcia, T Sako, F Sugimoto, M Takita, Y Yokoe; Progress of Theoretical and Experimental Physics, Volume 2025, Issue 10, October 2025, 103F02 (2024 IF:8.3); DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptaf133; この研究では、ベイズの定理に基づくアンフォールディング法をチベットASγ実験の空気シャワーデータに適用し、原子核宇宙線のエネルギースペクトルを明らかにする手法を検討しました。チベットASγ実験では、空気シャワーと呼ばれる現象を利用して原子核宇宙線を観測しています。しかし、宇宙からは陽子やヘリウムなど、さまざまな種類の原子核が飛来するため、それぞれを区別することが重要です。そこで本研究では、ドイツを中心に活動しているKASCADEグループが開発したアンフォールディング法をチベットの観測データに適用し、どの程度の精度で原子核宇宙線スペクトルを再構成できるかを詳しく調べました。; この成果は、今和泉君が本研究室で行った卒業研究をもとに、さらに発展・改良させた内容となっています。

Abstract: We study the analysis method to determine the cosmic-ray energy spectra of different mass groups assuming the use of the Tibet ASgamma experiment, which consists of the high-density Tibet air-shower array and the underground muon detector array. These arrays measure the sampling air-shower size ("sum of rho") and the total muon number of each air-shower event("sum of Nmu"). These parameters are known to contain information on the energy and mass of the primary particle. To reconstruct the energy spectra of individual cosmic-ray mass groups, we apply a multidimensional unfolding method based on Bayes’ theorem to the 2D distribution of "sum of rho" and "sum of Nmu" produced by Monte Carlo simulation. Simulated datasets with combinations of the EPOS-LHC, SIBYLL-2.3c, and QGSJET II-04 high-energy hadronic interaction models and a helium-dominant composition model are analyzed while using a response matrix produced by EPOS-LHC. The unfolded spectra of the EPOS + helium-dominant composition model dataset show a deviation from the input flux within +-10% except for a few bins, meaning that the uncertainty of the technique itself and the composition model dependence is at that level. It is also shown that the deviation in the all-particle spectrum is within +-10 % even when using different hadronic interaction models in the dataset and the response matrix. On the other hand, the unfolded spectra of individual mass groups have a clear dependence on the hadronic interaction model. The model dependence of the proton and helium spectra amounts to +-25% below 10^6.5 GeV. The dependence in the carbon group is at a +-25 %level below 10^6 GeV, and for the iron spectrum, it amounts to +55 % and -30 % in the energy range of 10^5.1 GeV to 10^6.7 GeV. We are now able to measure individual energy spectra in the knee region—including those of heavy nuclei, which remain poorly understood. Thanks to the recent extension of direct measurements beyond 10^4 GeV, a comparison between our analysis and the direct measurements will provide a good test of the hadronic interaction models.

学会発表　（2025年9月16日）: 日本物理学会でM1の小林君が研究報告。; 「機械学習を用いた一次宇宙線エネルギー決定手法の研究」; 小林　柾斗　他　（日本物理学会、2025年次大会、9月16日、16pEL104-6 広島大学）; 概要：Tibet ASγ実験では、地表空気シャワー検出器アレイ(Tibet-III)を用いて、数十TeVからPeV領域の高エネルギー宇宙線を観測している。宇宙線の一次粒子エネルギーは、検出粒子数やその横広がり等を用いて推定されており、これらの手法による原子核宇宙線に対するエネルギー分解能は100 TeVの宇宙線で30%程度である。　本研究ではエネルギー分解能の向上を目的として、従来のシャワー再構成解析法で得られる粒子密度、シャワーエイジ、到来方向など複数の特徴量を入力とし、勾配ブースティング決定木（XGBoost）を適用した新たな一次粒子エネルギー推定手法を開発した。

学会発表　（2025年9月16日）: 日本物理学会でD3の廣瀬君が研究報告。; 「フィードバック制御する電力可変な較正光源を用いたCMB望遠鏡のビームパターン測定手法の開発と原理検証」; 廣瀬　開陽　他　（日本物理学会、2025年次大会、9月16日、16pEL107-9 広島大学）

乗鞍宇宙線観測所、富士山での観測実験

(2025年8月19日-9月21日、9月11日、12日)

高山(乗鞍宇宙線観測所、富士山富士宮口、山中湖)での環境放射線強度の測定実験を実施しました。

発表論文　（2025年7月21日）: ""Detected Abundances of Nuclei Relative to 26Fe for Elements 14Si through 44Ru with CALET on the International Space Station; O. Adriani et al.(CALET Collaboration); The Astrophysical Journal, Volume 988, Number 2 (2025); DOI: 10.3847/1538-4357/ade3cc

発表論文　（2025年7月10日）: "Precision Spectral Measurements of Chromium and Titanium from 10 to 250 GeV/n and Sub-Iron to Iron Ratio with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; O. Adriani et al.(CALET Collaboration); Phys. Rev. Lett. 135, 021002 – Published 8 July, 2025; DOI: https://doi.org/10.1103/py17-74rk

談話会　（2025年5月27日）: 廣瀬君が談話会で博士研究について、報告しました。。; 「フィードバック制御する人工較正光源を用いた宇宙背景放射観測望遠鏡のビームパターン測定手法の開発」; 廣瀬開陽（横浜国大・総合研究棟W202室、5月27日）

国際会議発表　（2025年5月12日）: Symposium of the US-Japan Science and Technology Cooperation Program 2025 で博士課程の廣瀬君が発表。; "TES Calibration Measurement Method Using a Power-tunable Source for Future CMB Telescopes"; Haruaki Hirose（International Hall, Sapporo International Building、12 May 2025 - 14 May 2025）; Recent CMB observations aim at detecting the degree-scale B-mode polarization of Cosmic Microwave Background (CMB) whose origin is primordial gravitational waves. To suppress systematic uncertainties derived from instruments enough for future better observation sensitivity, optical characteristics of CMB telescopes, such as the beam pattern, need careful calibration that evaluates even very minor nonidealities. In this study, we propose a new calibration measurement method that employs a feedback-controlled power-tunable artificial source, which enables us to measure the optical characteristics in a high dynamic range (e.g. more than 60 dB) and to identify the very minor nonidealities (e.g. 0.0001% level), even if the telescope has detectors that are very easy to saturate such as Transition Edge Sensors (TES). This poster presentation reports a proof-of-concept demonstration in a laboratory using a common commercial antenna for general use. We achieved a 60 dB dynamic range in its beam pattern measurement in the proposed method, and confirmed that the measured beam pattern agreed with that in common measurement methods.

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博士論文公聴会　（2025年4月28日）: 奥川君が博士論文公聴会で発表。; 「大広域空気シャワーアレイによる高エネルギー宇宙ガンマ線観測のためのニューラルネットワーク手法によるガンマ線・宇宙線空気シャワー選別手法の研究」; 奥川創介　（横浜国大・総合研究棟W202室、4月28日）

2024年度の活動

研究発表　（2025年3月25日）: 第八回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会でD3の奥川君が研究発表。; 「地表空気シャワーアレイを用いたTeV領域ガンマ線観測におけるニューラルネットワークの応用」; 奥川創介　（東大・宇宙線研、3月25日）

学会発表　（2025年3月18日）: 日本物理学会でM2の松橋君が研究報告。; 「ALPACA実験51：ALPAQUITA空気シャワー観測装置と地下ミューオン観測装置を用いた鉄スペクトル測定手法」; 松橋祥　他 The ALPACA Collaboration　（日本物理学会、2025年春季大会、3月18日、18aW1-11 オンライン）; 概要：どのような種類の宇宙線原子核が地球に届いているかを調べることによって、超新星残骸などの天体で、どのようなメカニズムでそれらが作られているかを調べることができます。この研究では、これまでに観測報告がほとんどない、10の16乗電子ボルト付近の鉄原子核を測定する手法を調査しました。

学会発表　（2025年3月18日）: 日本物理学会でM2の槇島君が研究報告。; 「Tibet-Ⅲによる水平空気シャワー測定性能」; 槇島拓音, 片寄祐作, 大西宗博　（日本物理学会、2025年春季大会、3月18日、18aW1-8 オンライン）; 概要：高エネルギー宇宙線が地面に対して水平に近い大天頂角で大気に入射し作り出す空気シャワーは”"水平空気シャワー"”と呼ばれています。水平空気シャワーは、超高エネルギー宇宙線から派生したミュー粒子やニュートリノが地中で作り出した、タウ粒子やミュー粒子によって作られます。つまり、水平空気シャワーを観測することによって、間接的に超高エネルギー宇宙線やニュートリノ観測が行えるかもしれません。本研究では、宇宙線陽子、ミュー粒子、タウ粒子が作る空気シャワーをモンテカルロシミュレーションによって計算し、Tibet-III空気シャワー観測装置を使いどの程度の到来方向分解能で測定できるかを調査しました。

卒業研究審査会　（2025年2月12日）: 卒業研究審査会が行われました。; 小林柾斗; 「深層学習を用いた高エネルギー宇宙ガンマ線エネルギー分解能向上手法の研究」：この研究では、地上型空気シャワー検出器を使った宇宙ガンマ線エネルギーの測定精度を向上させることを目的として、空気シャワーの画像データに畳み込みニューラルネットワークを適用した新しい解析手法の開発を試みましたた。; 　　; 竹山祐希; 「CAMAC簡易型クレートコントローラ回路の開発」：本研究では、小規模の宇宙線観測実験に利用することを目的として、数個のモジュールをコントロール可能な簡易的なCAMAC クレートコントローラの開発に取り組みました。; 　　; 藤田楓; 「宇宙線空気シャワーによる雲生成メカニズムの研究」：宇宙線空気シャワーが雲の発生にどのように影響するかを調べるため、空気シャワー二次粒子が生成するイオン量をモンテカルロシミュレーションによって調べ、古典的核生成理論から核生成速度を計算しました。; 　　; 湯浅翔; 「高エネルギー宇宙ガンマ線観測のための水チェレンコフ検出器用集光器の開発」：空気シャワー測定用の水チェレンコフ型検出器に使用するPMT用集光器開発を行いました。; 横浜国大・理工学部A棟３０１室　２月１９日

修士論文審査会　（2025年2月12日）: 修士論文審査会が行われました。; 碓井玲; ALPACA実験のためのトリガー判定回路の性能評価; 　　; 槇島拓音; Tibet- 検出器によるタウニュートリノ由来空気シャワー観測可能性のシミュレーション研究; 　　; 松橋祥; ALPAQUITA空気シャワー観測装置と地下ミューオン観測装置を用いた鉄スペクトル測定のシミュレーション研究; 横浜国大・総合研究棟W701室　２月１２日

発表論文　（2025年2月3日）: "Gamma/hadron discrimination by analysis of the muon lateral distribution and the ALPAQUITA array"; M. Anzorena et al.(ALPACA Collaboration); Experimental Astronomy, Volume 59, article number 13, (2025); DOI: https://doi.org/10.1007/s10686-025-09981-z; Abstract: A new method using the muon lateral distribution and an underground muon detector to achieve high discrimination power against hadrons is presented. The method is designed to be applied in the Andes Large-area PArticle detector for Cosmic-ray physics and Astronomy (ALPACA) experiment in Bolivia. This new observatory in the Southern hemisphere has the goal of detecting >100 TeV gamma rays in search for the origins of Galactic cosmic rays. The method uses the weighted sum of the lateral distribution of the muons detected by underground detectors to separate between air showers initiated by cosmic rays and gamma rays. We evaluate the performance of the method through Monte Carlo simulations with CORSIKA and Geant4 and apply the analysis to the prototype of ALPACA, ALPAQUITA. With the application of this method in ALPAQUITA, we achieve an improvement of about 18 % in the energy range from 60 to 100 TeV over the estimated sensitivity using only the total number of muons.

談話会　（2025年1月22日）

国際交流基金外国人研究者招へい事業で本研究室に滞在中のMartin Subieta氏の談話会が行われました。

"Current Research Activities at the Chacaltaya Cosmic Ray Laboratory"

Martin Alfonso Subieta Vasquez（University of San Andrés, Bolivia）, 1月22（水）　10:30-11:30　場所：総合研究棟W70１室

Abstract: The Chacaltaya Observatory boasts a remarkable 72-year legacy of research in astroparticle physics, particle physics, and related fields. Over the decades, the laboratory has been the site of numerous groundbreaking experiments in cosmic ray　physics, including the BASJE (Bolivian Air Shower Joint Experiment), which also made significant contributions to gamma-ray astronomy, establishing itself as a pioneer　in the field during the 20th century. Today, the Chacaltaya Observatory continues its tradition of scientific innovation as the host of ALPACA (Andes Large PArticle Array for Cosmic Rays Physics and Astronomy), an international collaboration initiated in 2017 involving Japanese, Bolivian, and Mexican institutions and universities. In addition to ALPACA, the laboratory supports other key experiments, such as SAMADHA (South Atlantic Magnetic Anomaly Dosimetry at High Altitude), LAGO (Latin-American Giant Observatory), and HAGARES　(High Altitude Gamma Rays Energy Spectrum). This presentation will provide a comprehensive overview of these experiments and their contributions to the advancement of cosmic ray physics and gamma-ray research.

学会発表　（2025年1月11日）

日本大気電気学会でM1の野口君が研究報告。

「宇宙線空気シャワーを利用した大気電場測定のシミュレーション研究」

野口遊瑚　他　（日本大気電気学会、第103回研究発表会、１月１１日　静岡県職員会館もくせい会館第1会議室）

概要：宇宙線が大気圏に侵入すると、大気原子核と相互作用し、膨大な二次粒子群（空気シャワー）を作る。近年、雷雲電場が空気シャワーの発達に与える影響を調査した研究報告が幾つかある。本研究では、空気シャワー現象を利用して、雷雲電場構造の情報を得ることができないかを調査した。

学会発表　（2024年9月16日-19日）: 日本物理学会でD3の奥川君が研究報告。; 「深層学習を用いたガンマ線空気シャワー到来方向精度の向上手法の研究(I)」; 奥川創介　他　the Tibet ASgamma collaboration　（日本物理学会、第79回年次大会、９月１９日　北海道大学、19aC214ー6）; 概要：Tibet ASγ実験では、プラスチックシンチレータからなる地表空気シャワー検出器アレイ(Tibet-III)を用いて、超高エネルギーガンマ線観測を行っている。到来方向は、Tibet-III で得られる検出器ヒット時刻から作られたデータに、シャワーフロント曲線をフィットすることによって決められる。現在のガンマ線に対する角度分解能は 10TeV、100TeV でそれぞれ約 0.5度、約 0.2 度である。本研究では方向決定精度の向上のため、Tibet-III アレイ観測データに畳み込みニューラルネットワーク（CNN）を適用した新たな到来方向再構成手法を開発した（左図）。 MC シミュレーションで生成されたガンマ線イベントを用いて評価した結果、方向決定精度が 10％程度向上することが分かった。

乗鞍宇宙線観測所での観測実験

(2024年7月24日-9月13日)

宇宙線空気シャワー、ガンマ線の同時観測実験を実施しました。

目的：雷雲と宇宙線によるガンマ線発生機構の解明

国際会議発表　（2024年9月2日-6日）: 8th Heidelberg International Symposium on High-Energy Gamma-Ray AstronomyでD3の奥川君が研究報告。; "Convolutional Neural Network analyses for multi-TeV Gamma-ray Air Shower Observation with a Large Area Surface Detector Array"; S.Okukawa on behalf of the Tibet ASgamma collaboration, Università di Milano "La Statale", Italy , Sep. 4th 2024; Abstract: The Tibet AS𝛾 experiment, which observes gamma-ray/cosmic ray air showers above a few TeV, is located 4,300 m above sea level in Tibet, China. The experiment is composed of a surface air shower array (Tibet-III) and underground water Cherenkov muon detectors (MD). The surface air shower array is used for reconstructing the primary particle energy and direction, while the underground muon detectors are used for discriminating gamma-ray induced muon-poor air showers from cosmic-ray induced muon-rich air showers. This study investigated methods to improve the Tibet-III array's gamma-ray/cosmic-ray separation performance and angular resolution. In recent years, machine learning, especially neural networks, has been widely applied in air shower observation experiments. In the gamma-ray/cosmic-ray separation study, we applied a method with a convolutional neural network (CNN) to image-like data of particle density measured by the Tibet-III. The method's AUC values ranged from 0.753 to 0.879 for Monte Carlo gamma-ray and cosmic-ray events from the Crab Nebula in the energy range 10–100TeV. The significance of the gamma-ray detection is expected to be improved by 1.3 to 1.8 times compared with the case without the CNN separation procedure.

国際会議発表　（2024年8月26日-30日）: TeV Particle Asrtrophyics(TeVPA) 2024で研究報告。; "Status of the ALPACA/ALPAQUITA experiment"; Y. Katayose for the ALPACA group, TeVPA 2024, Chicago univ. ,Eckhardt Research Center 501, Chicago USA, Aug. 26th 2024; Abstract: We started a new air shower observation experiment, ALPACA, to observe cosmic gamma rays and cosmic rays of several TeV or more from the southern sky of the galaxy. The ALPACA’s location is at an altitude of 4,740 m on the hillside in Chacaltaya, Bolivia, The ALPACA consists of a ground-based air shower detector array of 401 scintillation detectors and a large-area water Cherenkov-type underground muon detector array. For a prototype experiment of the ALPACA, the ALPAQUITA air shower array has been installed and in full operation since 2023. We will report the construction status and initial data analysis of ALPAQUITA.

発表論文　（2024年4月）: "Neural networks for separation of cosmic gamma rays and hadronic cosmic rays in air shower observation with a large area surface detector array"; Mach. Learn.: Sci. Technol. 5 025016, Sousuke Okukawa, Kazuyuki Hara, Kinya Hibino, Yusaku Katayose, Kazumasa Kawata, Munehiro Ohnishi, Takashi Sako, Takashi K Sako, Makio Shibata, Atsushi Shiomi; DOI: DOI:10.1088/2632-2153/ad3a33; 奥川君の研究結果を発表しました。この論文では、TibetASgamma実験やALPACA実験などで使用される地表空気シャワー観測装置のガンマ線観測の感度向上を目指した研究を行いました。; ニューラルネットを使った機械学習手法を取り入れたデータ解析の方法を新に開発しました。この手法をTibetASgammaの空気シャワー装置で測定されたデータに応用すると、かに星雲からの10テラ電子ボルトから100テラ電子ボルトまでガンマ線測定感度が1.3倍から1.8倍向上することわかりました。

2023年の活動

発表論文　（2024年3月）: "Direct measurements of cosmic - ray iron and nickel with CALET on the International Space Station"; Advances in Space Research,O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.03.052

研究会発表 　（2024年3月）: 学部3年の藤田さんが「第七回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会」で研究報告しました。　; 「三次元カスケード理論に基づく空気シャワー粒子ラテラル分布の数値計算プログラム開発」; 藤田楓; （第七回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会、2024年3月27日、東大宇宙線研究所）

学会発表 　（2024年3月）: D2の奥川君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究(VI)」; 奥川創介　他　Tibet ASg　group; （日本物理学会　2024年春季大会　オンライン、2024年3月21日, 21pW2-1）

学会発表 　（2024年3月）: M2の野口君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究6」; 野口陸　他; （日本物理学会　2024年春季大会　オンライン、2024年3月21日, 21aW2-6）

学会発表 　（2024年3月）: M2の川原君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「Tibet-IIIとMDによる100 TeV周辺陽子スペクトルの観測(2)」; 川原一輝　他　Tibet ASg　group; （日本物理学会　2024年春季大会　オンライン、2024年3月18日, 18aW3-10）

研究発表会 　（2024年2月29日）: CALETによる銀河宇宙線・ガンマ線観測の現状と展望　; 片寄祐作; 「Tibet-IIIとMDによる100 TeV領域の陽子スペクトル測定」; (2024年2月29日（木）　10:00-17:30　　東京大学宇宙線研究所（柏）大セミナー室)

研究発表会 　（2024年2月22日）: 東京大学・宇宙線研究所・共同利用成果発表会。　; 片寄祐作; 「ボリビア・チャカルタヤ山宇宙線観測所における高エネルギーγ線・宇宙線観測のための空気シャワー実験」; (令和5年度東京大学宇宙線研共同利用研究成果発表会柏図書館メディアホール　2024年2月22日　13:50 - 14:10)

卒業研究発表会 　（2024年2月20日）: 卒業研究発表会が行われました。　; 沖田陽一; 「空気シャワーからの遷移放射電波を用いた宇宙線観測手法の開発」; 野口遊瑚; 「宇宙線空気シャワー観測による大気電場測定手法のシミュレーション研究」; 正木貫太郎; 「Geant4を使用した地球ー月間の粒子軌跡シミュレーションプログラム開発」; 山岸元輝; 「放射線検出器用コンパクトデータ収集回路の開発」; 今和泉銀河; 「べイズアンフォールディング法を用いたチベットASガンマ実験での原子核宇宙線のエネルギースペクトルの決定」

修士論文発表会 　（2024年2月14日）: 修士論文発表会が行われました。　; 川原一輝; 「チベットASアレイとMDアレイによる100 TeV領域陽子スペクトルの測定」; 野口陸; 「高エネルギーガンマ線観測のための水チェレンコフ検出器の開発」

国際会議発表 　（2024年2月）: D2の奥川君がEast Asian Young Astronomers Meetingで研究報告しました。　; "Convolutional Neural Network method for Cosmic Gamma Ray/Cosmic Ray Separation in Air Shower Observation with a Large Area Surface Scintillation Detector Array"; S. Okukawa; （ East Asian Young Astronomers Meeting, 30 January 2024 to 2 February 2024, Chiang Mai, Thailand)

研究会発表 　（203年11月）: D2の奥川君が第8回宇宙素粒子若手の会秋の研究会で研究報告しました。　; 「Tibet ASγ実験におけるニューラルネットワークを用いたガンマ線・原子核宇宙線空気シャワー選別手法」; 奥川創介; （第8回宇宙素粒子若手の会秋の研究会　東大宇宙線研究所・柏の葉キャンパス、2023年11月3日）

発表論文　（2023年11月）: "Direct Measurement of the Spectral Structure of Cosmic-Ray Electrons+Positrons in the TeV Region with CALET on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 131, 191001 (2023) O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.191001

チベット実験

(2023年10月2日-10月15日)

チベット・ヤンパーチン宇宙線観測所での作業。主に観測装置のメンテナンスを行いました。

発表論文　（2023年9月）: "Observation of Gamma Rays up to 320 TeV from the Middle-aged TeV Pulsar Wind Nebula HESS J1849−000"; The Astrophysical Journal, vol. 954, 200 (2023), M. Amenomori et al., (TibetASgamma Collaboration); DOI: DOI:h https://doi.org/10.3847/1538-4357/acebc

学会発表 　（2023年9月）: D2の奥川君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究(Ⅲ)」; 奥川創介　他　Tibet ASg　group; （日本物理学会　2023年第78回　年次大会　東北大学・青葉山キャンパス、2023年9月18日, 18aS32-5　）

国際会議発表　（2023年9月11日-9月15日）: TeV Particle Asrtrophyics(TeVPA) 2023で研究報告。　; "Progress report of the ALPACA experiment"; Y. Katayose for the ALPACA group; TeVPA2023, Archivio di Stato di Napoli, Napoli, Italy (14th Sep. 2023); Abstract: We started a new air shower observation experiment, ALPACA, to observe cosmic gamma rays and cosmic rays of several TeV or more from the southern sky of the galaxy. The ALPACA’s location is at an altitude of 4,740 m on the hillside in Chacaltaya, Bolivia, The ALPACA consists of a ground-based air shower detector array of 401 scintillation detectors and a large-area water Cherenkov-type underground muon detector array. For a prototype experiment of the ALPACA, the ALPAQUITA air shower array has been partially installed and in operation since 2022. We will report the construction status and initial data analysis of ALPAQUITA.

乗鞍宇宙線観測所での観測実験

(2023年8月5日-9月7日)

宇宙線空気シャワー、ガンマ線の同時観測実験を実施しました。

目的：雷雲と宇宙線によるガンマ線発生機構の解明

国際会議発表　（2023年7月26日-8月3日）: 38th Intenational Cosmic Ray Conferenceで研究報告。　; "Neural Networks for Gamma Ray/Cosmic Ray Separation in Air Shower Observation with a Large Area Surface Scintillation Detector Array"; S. Okukawa et al.; ICRC2023, Nagoya university (1,2 August 2023); Abstract: The Tibet ASgamma experiment has been observing cosmic gamma rays and cosmic rays in the energy range from TeV to several tens of PeV using the Tibet-III air shower array since 1998. In 2014, they added the underground water Cherenkov muon detector (MD) to separate cosmic gamma rays from the background based on the muon less feature of the air showers of the gamma-ray origin and started hybrid observation using these two detectors. This study developed methods to separate gamma-ray air showers and hadronic cosmic-ray ones using the measured particle number density distribution to improve the sensitivity of gamma-ray measurement using the Tibet-III array data alone before the installation of the MD. We tested two approaches based on Neural Networks. In the first method, feature values representing the lateral spread of the shower particles were input into Multi-Layer Perceptron (MLP) for separation. In the second method, the shower image data was input into with Convolutional Neural Network (CNN) for separation. In order to compare the separation performance of the each method, we analized Monte Carlo air shower events of vertically incident direction with mono initial energy gamma rays and protons. When comparing the separation performance of CNN and MLP, it was found that both the gamma-ray survival ratio and proton rejection ratio achieved by CNN are surperior than those of MLP. Finaly, we applied the CNN separation method to the gamma-ray observations of the Crab Nebula in the energy range of 10-100 TeV. The significance of gamma-ray excess is improved by approximately 1.3 to 1.8 times compared to the case without the separation procedure.

国際会議発表　（2023年7月26日-8月3日）: "Hadronic interaction model dependence in cosmic Gamma-ray flux estimation using a surface air showerarray with an underground muon detector"; S.Okukawa on behalf of the ALPACA collaboration; ICRC2023, Nagoya university (1,2 August 2023); Abstract: The ALPACA detector is currently being constructed to study high-energy gamma-ray astronomy in the SubPeV region of the southern galactic sky. The ALPACA consists of a ground-based air shower detector array(AS) and an underground muon detector array (MD) installed underground, and this experiment uses the muon intensity measured by MD to increase sensitivity to cosmic gamma rays.This study evaluated the hadronic interaction model dependence in in the detection efficiency of gamma-ray-induced air showers using the ALPAQUITA configuration, which is the prototype of the ALPACA.The model dependence on hadronic interactions is smaller than 3.6 % in the typical gamma-ray flux estimation performed by ALPAQUITA. This is negligible compared with other uncertainties such as absolute energy scale uncertainty in the energy range from 6 to 300 TeV, which is dominated by the Monte Carlo statistics. We also expect this small model dependence can be applied to ALPACA.

国際会議発表　（2023年7月26日-8月3日）: "Measurement of the primary cosmic-ray proton spectrum between 40 TeVand a few hundred TeVwith the Tibet hybrid experiment (Tibet-III + MD)"; Y. Katayose for the Tibet ASgamma Collaboration; ICRC2023, Nagoya university (28 July 2023); Abstract: We have been observing extensive air showers using the Tibet-III air shower array and the underground water-Cherenkov muon detector array (MD) to determine the chemical composition of cosmic rays with energies corresponding to the knee energy region. In previous studies, we developed a method to acquire the proton spectrum in the energy range from 40 to 630 TeV via a hybrid experiment using the Tibet-III and MD and investigated its performance. We conducted Monte Carlo simulations showing that this method can separate protons with a purity of 90% and that the maximum total systematic error of the proton flux depending on interaction models in air-shower development is ±37%. In the present study, analysis results for data acquired over a period of 12 days in 2014 are presented. The abundances of proton-like showers to whole well-reconstructed showers, including model dependence, are 9.1% - 14.5% at 35 TeV and 1.8% - 3.1% at 450 TeV.

発表論文　（2023年5月）: "Charge-Sign Dependent Cosmic-Ray Modulation Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 130, 211001 (2023) O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.211001

発表論文　（2023年4月）: "Direct Measurement of the Cosmic-Ray Helium Spectrum from 40 GeV to 250 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 130, 171002 (2023) O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.171002

2022年度の活動

研究会発表　（2023年3月）: 学部２年生の藤田さんが学内で開かれた研究会で研究報告しました。　; 「空気シャワーシミュレーションの高速化を目指した３次元カスケード理論計算コードの開発」; （2022年度ROUTE成果発表会、横浜国大・中央図書館メディアホール・ラウンジ、　2023年3月27日）; 宇宙からはテラ電子ボルトを超える高エネルギー粒子（”宇宙線”）が飛んできています。　これらは、どこかの星などで作られた粒子であり、 ”宇宙でどのようなことが起こっているか”という情報も運んでくれます。; 一般に数十テラ電子ボルト以上の宇宙線は、それらが大気粒子との衝突を繰り返して作る粒子群（”空気シャワー”）を利用して測定されており、　　この測定を精密に行うための、モンテカルロシミュレーションという手法によって、空気シャワー現象をコンピュータを用いて再現し、測定結果と比較することが必要となります。; 本研究では、この高速化のため、空気シャワーの数値解を計算するためのプログラムを開発しています。

研究会発表　（2023年3月）: D1の奥川君が名古屋大学で開かれた研究会で研究報告しました。　; 「深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究4」; 奥川創介; （第六回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会、名古屋大学、　20223年3月27日）

論文顕彰　（2023年3月）: 昨年修了の奥川君が筆頭著者の論文で論文顕彰を頂きました。; 昨年修了の倉茂君が筆頭著者の論文で論文顕彰を頂きました。; 修士２年生の榊原君と長屋君が共著論文で論文顕彰を頂きました。; （2023年3月23日）

学会発表 　（2023年3月）: M2の榊原君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「ALPACA実験32：フロントエンドエレクトロニクス開発4」; 奥川創介, 大西宗博, 片寄祐作, 川田和正, 佐古崇志, 塩見昌司B, 日比野欣也; （日本物理学会　2022年春季大会　オンライン、2023年3月22日, 22pW2-3　）; ALPACA実験の光センサー用のプロントエンドエレクトロニクスとして、6入力チャンネルの試作ボードを開発し、その性能について報告しました。

学会発表 　（2023年3月）: D1の奥川君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究(Ⅱ)」; 奥川創介　他　TibetASgamma,; （日本物理学会　2022年春季大会　オンライン、2023年3月22日, 22pW2-6　）; 　Tibet-III空気シャワーアレイで測定された粒子密度分布を機械学習（Convolutional　Neural　Network、CNN）で解析し、ガンマ線起源シャワーとハドロン起源シャワーの弁別に関する研究を行いました。Tibet観測器はミュー粒子検出器（MD）も持っており、 MDによってガンマ線弁別したシャワーを使い、CNNでの弁別性能を実験的に検証しました。

学会発表 　（2023年3月）: 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究5」; 片寄祐作, 長屋開土, 塩見昌司, 日比野欣也, 大西宗博, 佐古崇志; （日本物理学会　2022年春季大会　オンライン、2023年3月22日, 22aW2-12　）; 空気シャワーの到来方向性能を向上させるため、水チェレンコフ型の空気シャワー観測器を開発しています。前回までに、モンテカルロシミュレーションによって最適なデザインを研究し、論文等で報告しました。今回は、試験装置による実証実験の結果とともに、更なる性能向上を目指して、集光器開発の結果を報告しました。

招待講演　（2023年2月）: 「高エネルギーγ線・宇宙線観測のためのALPACA/ALPAQUITA実験」; 片寄祐作 for the ALPACA group; （2022年度ISEE研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」、および「太陽圏・宇宙線関連の共同研究成果報告会」, 2023年2月28日, online）

発表論文　（2023年1月）: 後期博士課程1年の奥川君が査読論文を発表しました。; "Hadronic interaction model dependence in cosmic Gamma-ray flux estimation using an extensive air shower array with a muon detector"; Experimental Astronomy (2023) S. OkukawaT et al.; この論文ではボリビアで行われる新しい宇宙ガンマ線観測実験での、ガンマ線測定性能についてモンテカルロシミュレーションによって調べた結果をまとめています。; 我々は空気シャワー現象を利用して、高エネルギーの宇宙ガンマ線を測定しています。　また空気シャワー中のミュー粒子の数を使いガンマ線起源のシャワーをノイズとなる膨大な原子核起源のシャワーから選別しています。　　この測定性能を調べるには、空気シャワー現象をコンピュータ上で再現するモンテカルロシミュレーションと呼ばれる計算が必要です。しかし、この種の計算には完璧な手法はまだなく、幾つかの計算モデルが使われているのみです。　従って、検出感度の見積もりには、これらの差異による僅かな系統誤差が生じます。この誤差がどの程度であるのか、詳細に計算しました。; LINK: https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-022-09883-4

発表論文　（2022年12月）: "Cosmic-Ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV/n to 3.8 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 129, 251103 (2022) O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.251103

ニュートン2022年11月号にTibetASg実験の観測結果が取り上げられました。　（2022年10月）: 『宇宙最強の”天然の加速器”「ペバトロン」を天の川銀河で発見』; この話題を解説してくれているサイトもあります ->赤井さそりのサイエンス・ダイジェスト（60年間の議論に終止符！ペバトロンが証明されたよ、というお話）、ゆっくり解説】まじで眠れなくなるペバトロンの謎！！

学会発表 　（2022年9月）: D1の奥川君が日本物理学会で研究報告しました。　; 「深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究(I)」; 奥川創介, 大西宗博, 片寄祐作, 川田和正, 佐古崇志, 塩見昌司B, 日比野欣也; （日本物理学会　2022年秋季大会　岡山理科大学、2022年9月8日, 8pA122-6　）

発表論文　（2022年9月）: "Sensitivity of the large muon detector with the Tibet air shower array to measure the primary proton spectrum between 40 and 630 TeV"; Progress of Theoretical and Experimental Physics; D Kurashige, N Hotta, Y Katayose, K Kawata, M Ohnishi, T Saito, T K Sako, M Shibata, M Takita; 2021年度修了の倉茂君の修士研究結果を査読論文として発表しました。

　TibetASgammma実験のTibet-III空気シャワー検出器とミュー粒子検出器を使用した陽子スペクトル測定手法を開発しました。この結果、40TeVから600TeV程度までの宇宙線陽子強度が高精度で明らかにできることが分かりました。; 100TeVを超えるエネルギー領域では、気球を用いた観測実験が報告されていますが、装置規模の制限のため統計精度が十分でありません。　　　一方、地上での空気シャワー実験による高精度な報告はまだありません。　チベットの巨大な装置を使い数日のデータで高精度な結果が得られると期待されます。; DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptac119

発表論文　（2022年9月）: "Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; PHYSICAL REVIEW LETTERS 129, 101102 (2022) (Editors' Suggestion); O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.101102

国際会議発表　（2022年8月10日）: TEVPA2022(TeV Particle Astrophysics)会議で研究報告。　; "Potential measurement of the primary cosmic-ray proton spectrum between 40 TeV and a few hundred TeV with the Tibet hybrid experiment (Tibet-III + MD) "; Y.Katayose; TEVPA2022, Queen's University, in Kingston, Ontario, Canada (August 8-12 2022); Abstruct:We are observing extensive air showers using the Tibet-III air shower array and the undergound water-Cherenkov Muon Detector array (MD) to measure the chemical composition of cosmic rays around the knee energy region. We have developed a method to select air showers induced by primary protons with the energy between 40 TeV and 630 TeV by using the number of muons detected by the MD in each shower. The detector's sensitivity for primary proton spectra was evaluated by Monte Carlo simulations assuming different primary cosmic ray composition models and interaction models. Using the number of muons detected by the MD, it was found that the protons could be selected with 90% purity. The systematic errors including the model uncertainty is sufficient to study the shape of proton spectra.

発表論文　（2022年6月）: "Measurement of the Gamma-Ray Energy Spectrum beyond 100 TeV from the HESS J1843?033 Region"; The Astrophysical Journal, 932:120 (8pp), 2022 June 20 　　M.Amenomiri et at.; DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac6ef4

国際会議発表　（2022年5月25日）: D1の奥川君がISVHECRI 2022 で研究報告。　; "Hadronic Interaction Model Dependence in Cosmic Gamma-ray Flux　Estimation Using Ground-based Air Shower Array with Underground Water　Cherenkov muon detector array"; S.Okukawa; (21st International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions Monday, (23 May 2022 - Saturday, 28 May 2022)- Online); 空気シャワー現象を使った高エネルギーガンマ線観測では、測定性能を評価するために空気シャワーのモンテカルロシミュレーションによる計算が必須となります。　しかし、この計算に使用される核相互作用は十分には分かっておらす、幾つかの計算モデルが使われています。ガンマ線空気シャワーであっても、僅かですが原子核相互作用にの影響が現れます。この影響がもたらすガンマ線強度測定の系統誤差を詳細に調べました。

日本物理学会学生優秀発表賞　（2022年4月）: 2022年 3月15日- 19日に開催された日本物理学会において、2021年度修了生の倉茂大智君が日本物理学会学生優秀発表賞を受賞しました。; 受賞題目は「Tibet-IIIとMDによる100TeV周辺陽子スペクトルの観測」です。; 日中の国際共同宇宙線観測実験（チベット ASγプロジェクト）での、数十テラ電子ボルトから数百電子ボルトまでの宇宙線陽子強度スペクトルに関する研究成果を口頭発表し、その内容が高く評価されました。; 日本物理学会サイト

発表論文　（2022年4月）: "Study of water Cherenkov detector to improve the angular resolution of an air?shower array for ultra-high-energy gamma-ray observation"; Experimental Astronomy; H. Nakada, A. Shiomi, M. Ohnishi, T. K. Sako, K. Hibino & Y. Katayose; 2020年度修了の中田君の修士研究結果を査読論文として発表しました。

数十電子ボルト以上の高エネルギーな宇宙ガンマ線の観測は、地上に設置された放射線検出器群（空気シャワーアレイ）を使用して、”空気シャワー”と呼ばれる　２次粒子群を測定することによって行われています。; この論文では、地表アレイ型の空気シャワー観測装置の方向決定精度の向上を目指して、シャワー粒子の数と到来時間精度を研究しました。その結果、２次ガンマ線を捉えることが方向決定精度向上に重要であることを示し、これを実現する装置として水チェレンコフ型シャワー粒子検出器のデザインについて調査しました。; DOI: https://doi.org/10.1007/s10686-022-09855-8

2021年度の研究活動

論文顕彰　（2022年3月）: 修士２年生の奥川君、倉茂君、五味さんと昨年度修了生の大浦君が論文顕彰を頂きました。

学会発表 　（2022年3月）: M2の奥川君、倉茂君が日本物理学会で研究報告。　; 「ALPACA実験26：ガンマ線強度推定におけるハドロン相互作用モデルによる不確定性」; 奥川創介　他ALPACA グループ; （日本物理学会　第77回年次大会　オンライン開催、2022年3月15日, 15pA431-4　）

学会発表 　（2022年3月）: 「Tibet-IIIとMDによる100TeV周辺陽子スペクトルの観測」; 倉茂大智　他TibetASｇグループ; （日本物理学会　第77回年次大会　オンライン開催、2022年3月16日, 16aA431-8　）

研究発表　（2022年3月）: M2の奥川君が名古屋大学ISEE研究集会で研究報告。　; 「ALPACA 実験におけるガンマ線検出効率のハドロンモデル不定性」; 奥川創介; （2021 年度ISEE 研究集会　「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」、「太陽風プラズマ物理の最新成果と今後の展望」および「太陽圏・宇宙線関連の共同研究成果報告会」オンライン開催、2022年3月2日　）

発表論文　（2022年2月）: "Trigger time acquisition system for ground based air shower experiments"; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Volume 1028, 1 April 2022, 166363 　　T.OhuraaM, OhnishibY, Katayose; 2020年度修了の大浦君の修士論文結果を査読論文として発表しました。

この論文ではALPACA実験用に開発したトリガー時刻測定システムについて述べてます。市販のGPSモジュール、タイミング―デジタルVMEカードを使用した汎用的な時刻測定システムです。; DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166363

学会発表 　（2021年9月）: M2の五味さんが日本物理学会で研究報告。　; 「チベット空気シャワー観測装置を用いた数TeV領域でのガンマ線バースト探索」; 五味明日香　他TibetASg グループ; （日本物理学会　2021年秋季大会　オンライン開催、2021年9月14日, 14aW2-9　）

発表論文 　（2021年9月）: Detectability of southern gamma-ray sources beyond 100 TeV with ALPAQUITA, the prototype experiment of ALPACA; Experimental Astronomy 52, 85-107 (2021) K. Kato al. (ALPACA group); DOI:https://doi.org/10.1007/s10686-021-09796-8 Experimental Astronomy-HP

宇宙線国際会議発表　（2021年7月）: M2の倉茂君が宇宙線国際会議で研究報告。　; "Sensitivity of the Tibet hybrid experiment (Tibet-III + MD) for primary proton spectra between 30 TeV and a few hundreds TeV's"; D.Kurashie et al.; -> PoS; DOI: https://doi.org/10.22323/1.395.0205; (37th International Cosmic Ray Conference, Germany Berlin - Online, 21 July 2021); 数十テラ電子ボルトから数百電子ボルトまでの宇宙線陽子スペクトルを測定するため、TibetASgamma実験装置を使った測定手法をモンテカルロシミュレーションによって研究しました。今回の結果を使い測定データを解析することにより、このエネルギー領域の陽子スペクトルが約36パーセントの系統誤差で明らかにすることができます。

宇宙線国際会議発表　（2021年7月）: Tibetでのデータ解析結果を宇宙線国際会議で研究報告。　; "Gamma-ray Observation of the Cygnus Region with the Tibet Air array"; Y.Katayose et al. for Tibet-ASg group; -> PoS; DOI: https://doi.org/10.22323/1.395.0799; (37th International Cosmic Ray Conference, Germany Berlin - Online, 16 July 2021)

2020年度修了の中田君の修士研究結果を宇宙線国際会議で研究報告。　

"Study of water Cherenkov detector to determine air shower arrival directions with accuracy"

A.Shiomi, D.Naktada et al.

(37th International Cosmic Ray Conference, Germany Berlin - Online, 16 July 2021)

100テラ電子ボルト領域のガンマ線天文学のため、水チェレンコフ型空気シャワー観測装置の研究を行いました。

発表論文 　（2021年7月17日）: "Gamma-Ray Observation of the Cygnus Region in the 100-TeV Energy Region"; PHYSICAL REVIEW LETTERS 127, 031102 (2021) M. Amenomori et al. (TibetASgamma Collaboration); DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.031102 PRL-HP; プレプリント; 白鳥座領域（Cygnus領域）は、多くの星が誕生している場所で、この方向から来るガンマ線を観測することによって、星から生れる粒子の生成メカニズムや天体研究を行うことができます。　　　　TibetASγ実験データで測定された数十テラ電子ボルトから数百テラ電子ボルトのガンマ線を解析した結果、Cygnus-OB1領域、OB2領域と呼ばれる方向から、強いガンマ線が放射されていることが分かりました。この２つのソースをそれぞれ、TASG J2019+368 とTASG J2032+414と名づけました。TASG J2019+368はパルサー星雲　PWN G75.2+0.1 　　　　　の方向、TASG J2032+414はPSR J2032+4127の方向と一致しており、電子の逆コンプトン散乱によって作られたガンマ線を観測したと考えられます。

発表論文 (2021年6月): Measurement of the Iron Spectrum in Cosmic Rays from 10 GeV/n to 2.0 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station; Phys. Rev. Lett. 126, 241101 (2021), O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.241101 PRL-HP

工学研究院ハイライト2020-2021に本研究室が紹介されました （2021年5月）: TibetASgamma実験での宇宙観測研究の結果が評価され、ハイライトとして、紹介されています。; -> HP

プレスリリース 　（2021年4月2日）: 60年来の謎解明へ、宇宙線の起源「ペバトロン」の決定的証拠つかむ！; 天の川から１ペタ電子ボルト程度の高エネルギーガンマ線が観測されました。この内容をまとめた論文がPhysical Reviwe Lettersに掲載されます。
また、研究内容について、記者会見を開催しました。; ”First Detection of sub-PeV Diffuse Gamma Rays from the Galactic Disk: Evidence for Ubiquitous Galactic Cosmic Rays beyond PeV Energies”; PRL HP; 本論文は Physical Review Letters (PRL) の " Editors' Suggestion(view point)" に選ばれました。; ＊＊＊　”view point”：米国物理学会で発表された全論文　約18000本の内、約100本（約0.55％）の論文だけこの評価が得られます。＊＊＊

本研究では、チベット高原で行われているTibetASγ観測実験のデータを解析しました。天の川の方向（銀河面）から１０の１５乗電子ボルト（ペタ電子ボルト）の超高エネルギーガンマ線が来ていることを発見しました。
これらのガンマは、星で生れた宇宙線（陽子）が数百万年程度銀河を彷徨い、星間雲等の物質（水素など）に衝突して、生れたものだと考えられます。宇宙線の起源「ペバトロン」の決定的証拠です。
大昔の存在した超高エネルギー天体の名残であり、これらのデータには、宇宙線の起源での粒子加速メカニズムのみならず、銀河磁場や銀河物質などの銀河空間の情報も残っているはずであり、ペタ電子ボルトという史上最高エネルギー領域での天文学の発展も期待されています。

2020年度の研究活動

論文顕彰　（2021年3月）: 修士２年生の大浦君、中田君が論文顕彰を頂きました。

学会発表　（2021年3月）: M2の大浦君が日本物理学会で研究報告。　; 「ALPACA実験21：ALPAQUITA実験用データ収集システム開発」; 大浦敏宏　他TALPACA グループ; （日本物理学会　2021年年次大会　オンライン開催、2021年3月14日, 14aW2-6　）

プレスリリース 　（2021年3月2日）: 超新星残骸(G106.3+2.7)から100テラ電子ボルトを超える高エネルギーガンマ線が観測されました。この内容をまとめた論文がNature Astronomy Letters電子版に掲載されました。; ”Potential PeVatron supernova remnant G106.3+2.7 seen in the highest-energy gamma rays”; 本研究では、チベット高原で行われているTibetASγ観測実験のデータを解析しました。我々の銀河にある超新星残骸と呼ばれる星の一つであるG106.3+2.7から放出されるガンマ線強度は 100テラ電子ボルト以上にまで伸びていることが分かりました。
これは、これまでに超新星残骸から観測された中で最高エネルギーのガンマ線です。

「超新星爆発後に形成される衝撃波で陽子がペタ電子ボルト領域まで加速され、近傍の分子雲のガスと衝突し、中性パイ中間子が生成され、こららの中性パイ中間子が崩壊して100テラ電子ボルト領域のガンマ線が放射された」、という過程が起こっていると考えられます。

Nature HP

横浜国大　プレスリリース掲載ページ

詳しい説明文

Youtubeに一般向けに分かり安く解説してくれている動画がありました。
->宇宙ヤバイch「超高エネルギー宇宙線を放つ天体「ペバトロン」を初観測」

修士研究発表会が行われました。(2021年2月9-12日): 大浦敏宏(M2)「ALPACA実験のためのデータ収集システム開発」; 中田大樹(M2)「高エネルギー宇宙ガンマ線空気シャワー観測のための水チェレンコフ光検出器の研究」

卒業究発表会が行われました。(2021年2月18日): 榊原陽平(4年)「空気シャワー観測実験のためのアナログメモリASIC 評価システムの開発」; 長屋開人(4年)「水チェレンコフ検出器PMT用集光板の開発」; 浪崎　桂一(4年) 「タウ空気シャワーを利用したEarth-skimmingニュートリノ検出法のシミュレーション研究」; 和光勇輝(4年) 「超高エネルギー領域の銀河拡散ガンマ線の数値計算」

修士研究中間発表会が行われました。(2020年12月10日、17日): 倉茂大智(M1)「Tibet-IIIとMDを用いたknee領域の陽子スペクトル測定法開発」; 五味明日香(M1)「チベット空気シャワー観測装置を用いた数TeV領域でのガンマ線バースト探索」; 奥川創介(M1)「深層学習を使った宇宙ガンマ線、原子核宇宙線の選別法の研究」

装置開発　（2020年11月）: M2の大浦君がカイズワークス社と東大宇宙線と共同開発したNIM規格回路モジュール（NIM KN275 GNSS DOSCIPLINED CLOCK GENERATOR）がカイズワークス社から発売されました PDF 。　; このモジュールは古野電気製のGNSSモジュール（ＧＦ－８８０３）を搭載しており、高精度な1秒パルス、10MHzパルス、NMEA 0183規格データ等が出力されます。マルチヒット型時間デジタルコンバータ回路とPC上のNTPサーバーと合わせて、マイクロ秒オダ―での非同期信号の時間記録が可能です。ボリビアで行われている宇宙線・ガンマ線観測実験（ALPACAプロジェクト）のデータ収集システムで使用されます。

学会発表　（2020年9月）: M1の倉茂君が日本物理学会で研究報告。　; 「 Tibet-IIIとMDを用いたknee領域の陽子スペクトル測定法」; 倉茂大智　他TibetASgamma グループ; （日本物理学会　2020年秋季大会　オンライン開催、2020年9月14日　）

学会発表　（2020年9月）: M2の中田君が日本物理学会で研究報告。　; 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究4」; 中田大樹, 大西宗博, 片寄祐作, 佐古崇志, 塩見昌司, 日比野欣也; （日本物理学会　2020年秋季大会　オンライン開催、2020年9月15日　）

2019年度の研究活動

論文顕彰　（2020年3月）

修士２年生の千石さん、三井さん、八木沢さんが論文顕彰を頂きました。

学会発表　（2020年3月）: M1の中田君が日本物理学会で研究報告。　学会は中止になりましが、Web上で公開される予定です。; 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究3」; 中田大樹, 大西宗博, 片寄祐作, 佐古崇志, 塩見昌司, 千石由佳子, 日比野欣也; （日本物理学会　2020年年次大会　名古屋大学、2020年3月16日　＊コロナウィルスのため学会は中止）

修士研究発表会が行われました。(2020年2月12日): 三井嘉子(M2)「ALPAQUITA実験のガンマ線感度推定におけるハドロン相互作用モデルの不定性影響評価」; 八木沢夏穂(M2)「荷電粒子からの電波を利用した宇宙線測定法の研究」; 千石由佳子(M2)「高エネルギー宇宙ガンマ線観測のための水チェレンコフ光検出器テストプールの性能評価」

卒業究発表会が行われました。(2019年2月18日): 奥川創介(4年)「深層学習を使った宇宙ガンマ線、原子核宇宙線の選別法の研究」; 奥本敦也(4年)「空気シャワー粒子密度横広がり分布を使った原子核宇宙線エネルギー決定法の研究」; 倉茂大智(4年) 「チベット空気シャワーアレイとミュー粒子検出器を用いた陽子スペクトル測定の性能評価」; 鈴木仁哉(4年) 「ALPACA実験のためのアナログメモリASIC評価回路開発」

修士研究中間発表会が行われました。(2019年12月12日、19日): 中田　大樹(M1)「高エネルギー宇宙ガンマ線観測のための水チェレンコフ検出器の研究」; 大浦　敏宏子(M1)「ALPACA実験のためのフロントエンド回路開発」

宇宙線研共同利用成果発表会　（2019年12月）: ボリビア実験について今年の成果を報告しました。; 「ボリビア・チャカルタヤ山宇宙線観測所における高エネルギーγ線・宇宙線観測のための空気シャワー実験」; 片寄　他 The ALPACA Collaboration; （令和元年東京大学宇宙線研究所共同利用成果発表会　東大宇宙線研究所　、2019年12月13日）

ALPAQUITA建設状況　（2019年11月）

ボリビア・ラパス郊外に位置するチャカルタヤ山の中腹の原野に新しい宇宙線観測サイトを建設しています。　　　作業は順調に進んでおり、観測開始を目指しています。

160m四方の有刺鉄線フェンスを作ります。泥棒が多いので必須だそうです。　

落雷対策の避雷針。この１本でALPAQITAアレイを保護することができます。

電源は２キロメータほど離れた変電所が送られてきます。写真は観測所内の電柱とトランス。	エレクトロニクスハット。　居住スペースもあります。普段はラパス市内のホテルから通いますが、忙しいときは泊まり込みの作業も可能。
空気シャワー検出器。装置の設置は、教員と学生が行います。	ALPAQUITA空気シャワー検出器アレイ。一部できました。

学会発表　（2019年9月）: M2の八木沢さんが日本物理学会で研究報告をしました。; 「電波を利用した宇宙線空気シャワー観測法の研究 Ⅲ━加速器による遷移放射調査」　; 八木沢夏穂　他; （日本物理学会　2019年秋季大会　山形大学　小白川キャンパス　、2019年9月17日、17pT11-9）

学会発表　（2019年9月）: 「Tibet空気シャワー観測装置によるGemingaからの超高エネルギーガンマ線の観測」　; 片寄祐作　他　TibetASgamma グループ; （日本物理学会　2019年秋季大会　山形大学　小白川キャンパス、2019年9月18日、18aT13-12）

国際会議発表　（2019年7月）: 宇宙線国際会議で研究報告をしました。; "Study on Measurement Method of Radio Wave Generated by Charged Particles Using Accelerator Beam"; Y.Katayose, T.Asaba, K.Honda, S.Kodaira,Y.Koshiba, K.Sakaue, T.Saito,T.Sasaki, K.Takasaki, K. Yagisawa and M.Wakamatsu; (36th International Cosmic Ray Conference, Madison, Wi, USA)

国際会議発表　（2019年7月）: 宇宙線国際会議で研究報告をしました。; "Extended Gamma-Ray Emission beyond 10 TeV from Geminga with the Tibet AS+MD Array" 　; Y.Katayose et. al, TibetASgamma collaboration; (36th International Cosmic Ray Conference, Madison, Wi, USA)

プレスリリース 　（2019年7月3日）: かに星雲から100兆電子ボルトを超える高エネルギーのガンマ線が見つかり、この内容をまとめた論文がPhysical Review Lettersに掲載されることが決まりました。また、研究内容について、記者説明会を開催しました。; ”First detection of photons with energy beyond 100 TeV from an astrophysical source”; パルサー星雲の１つである”かに星雲”から100兆電子ボルト以上のガンマ線が届いていることが分かり、宇宙にはこのような高エネルギーのガンマ線を作る天体が存在することが世界で初めて確認されました。これらのガンマ線は、パルサー風による衝撃波で加速された電子が、宇宙背景放射の光子に当たり、高エネルギーのガンマ線になったと推測されます。しかし、どのようなメカニズムで電子がエネルギーを得たのかはまだ分かっていません。この観測データを使い、これらのメカニズムが解明されることが期待されます。

天体で起こっている物理現象は複雑で、電波や可視光のような低エネルギーの電磁波から高エネルギーのガンマ線まで、広いエネルギーで調べることが重要です。我々の装置は、これまで誰も達成できなかった100兆電子ボルト以上のガンマ線に大きな感度を持ち、星や天体現象を観るための新しい「目」を持ったことを意味しています。

Physical Review Letters　HP

プレプリントサーバー　HP

横浜国大　プレスリリース掲載ページ

宇宙線研　プレスリリース掲載ページ

中国科学院高能物研究所　プレスリリース掲載ページ

中国では、テレビのニュースでも取り上げられました。 CCTV動画

論文はPhysical Review Lettersの"Editors' Suggestion"に選ばれました。

発表論文 　（2019年5月）: CALETの論文がPhysical Review Lettersの"Editors' Suggestion"に選ばれました。; Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station; PHYSICAL REVIEW LETTERS 122, 181102 (2019) O. Adriani et al. (CALET Collaboration); DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.181102 PRL-HP

2018年度の研究活動

研究会発表　（2019年3月）: "Measure the light-component spectrum of primary cosmic rays at the ‘knee’ energies with the Tibet YAC-II experiment"; 片寄祐作　他　The Tibet ASγ Collaboration; （第三回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会、東大宇宙線研究所、2019年3月25日1）

学会発表　（2019年3月）: M2の若松さん、M1の三井さんが日本物理学会で研究報告をしました。; 「ALPACA実験10：フロントエンドエレクトロニクス開発3」; 若松海帆　他 The ALPACA Collaboration; （日本物理学会　2019年74回年次大会　九州大学　伊都キャンパス　、2019年3月17日、17pK105-4）

学会発表　（2019年3月）: 「ALPAQUITA実験の性能評価シミュレーション1」; 三井嘉子　他 The ALPACA Collaboration; （日本物理学会　2019年74回年次大会　九州大学　伊都キャンパス　、2019年3月17日、17pK105-5）

学会発表　（2019年3月）: 「チベットYAC-II実験での陽子・ヘリウム測定」; 片寄祐作　他 The Tibet ASγ Collaboration; （日本物理学会　2019年74回年次大会　九州大学　伊都キャンパス　、2019年3月16日、16pK106-9）

学会発表　（2019年3月）: 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究2」; 塩見昌司, 浅羽孝典, 大西宗博, 片寄祐作, 佐古崇志, 日比野欣也; （日本物理学会　2019年74回年次大会　九州大学　伊都キャンパス　、2019年3月16日、16pK106-10）

本研究室卒業生(H24年度）の周氏とチベットASγ実験共同研究者の中村氏が第１３回宇宙線物理学奨励賞を受章しました。　（2019年3月）

「Study of contributions of diffractive processes to forward neutral particle production in p-p collisions at high energies」

「高エネルギー宇宙線の太陽の影と太陽磁場の研究」

ALPAQUITA建設　（2019年3月）

ボリビア・ラパス郊外に位置するチャカルタヤ山の中腹の原野に新しい宇宙線観測サイトを建設しています。

日本から持参したGPSを使い、施設の位置を測量。

数キロメートル離れた電源施設から電気を引くため、数十本の電柱を設置しました。

日本からコンテナ３台分の機器を輸送しました。横浜からチリの港まで船で運ばれ、ラパスの税関施設まで届きました。

修士研究中間発表会が行われました。(2019年2月28日): 三井嘉子(M1)「ALPAQUITA 空気シャワーアレイの性能評価シミュレーション」; 千石由佳子(M1)「水チェレンコフ型空気シャワー検出器の基礎開発」; 八木沢夏穂(M1) 「宇宙線空気シャワーによるチェレンコフ電波測定法の研究」

卒業究発表会が行われました。(2019年2月20日): 森本　佳津希(4年)「パルサー星雲からのTeV領域ガンマ線スペクトルの数値計算」; 大浦敏宏(4年)「超高エネルギーガンマ線観測のためのスタンドアロー型検出器用DAQ システムの基礎開発」; 中田大樹(4年) 「ALPACA空気シャワーアレイを用いた太陽ダークマター観測の可能性」

修士研究発表会が行われました。(2019年2月13日、14日、15日): 浅羽孝典(M2)「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究」; 佐々木琢朗(M2)「加速器ビームを用いた遷移放射過程による電波の研究」; 若松海帆(M2)「ALPACA実験のためのフロントエンドエレクトロニクス開発」

ボリビア高原での共同実験・ALPACAプロジェクトミーティング　（2018年9月24日-2018年10月4日）: サンアンドレアス大学のHugo氏が来日し、ボリビアの Cerro estuquriaで進めている宇宙線観測計画について話し合いました; ラパス市の郊外にある高原（セロ・エストゥケリア、標高4740m）に新しい宇宙線観測所を建設しています。　　ここに、新しい空気シャワー検出装置を作り、銀河中心を含む銀河南天の高エネルギーガンマ線天体の研究を行う計画です。今回、横浜国立大学国際交流基金外国人研究者等招へい事業で、ボリビアの共同研究者であるあるHugo氏が打ち合わせのため来日し、横浜国大、東大宇宙線研、神奈川大、日大のメンバーと議論しました。; 写真は、日本大学と共同で開発中の水チェレンコフ型空気シャワー測定器

学会発表　（2018年9月）: M2の佐々木君が日本物理学会で研究報告をしました。; 「遷移放射電波を利用した宇宙線空気シャワー観測法の研究 II」; 佐々木琢朗, 浅羽孝典, 片寄祐作, 小平聡, 小柴裕也, 齋藤敏治, 坂上和之, 高崎和之, 本田光希, 若松海帆; （日本物理学会　2018年秋季大会　信州大学　松本キャンパス、2018年9月14日、14aS37-11）; 2017年度のHIMAC実験、本年度の早稲田大学での実験結果を報告しました。

発表論文　（2018年9月）: "Characteristics and Performance of the CALorimetric Electron Telescope (CALET) Calorimeter for Gamma-Ray Observations"; The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 238, Number 1(2018) N. Cannady et al. (CALET Collaboration)

雷雲に伴うガンマ線観測と宇宙線空気シャワーへの影響を調査するため、乗鞍での観測実験を今年も実施しました。 (2018年7月～9月): 雷雲に入射した宇宙線空気シャワーとそれによって発生すと考えられるガンマ線の発生メカニズムを明らかにすることを目指して、乗鞍宇宙線観測所で雷雲電場と宇宙線空気シャワー、MeVガンマ線の同時観測実験を行いました。

発表論文　（2018年8月）: "Search for GeV Gamma-Ray Counterparts of Gravitational Wave Events by CALET"; The Astrophysical Journal, Volume 863, Number 2 (2018) O. Adrian et al. (CALET Collaboration)

遷移放射過程によって発生する電波について、早稲田大学の電子加速器を使い調査しました。(2018年7月): 早稲田大学・鷲尾研究室の電子加速器を使い、チタン製のパイプ窓から遷移放射メカニズムよって発生する電波を２GHｚ帯標準ダイポールアンテナ等を使い測定、電場強度、方向依存性等をを調べました。

発表論文　（2018年6月）: "Extended Measurement of the Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from 11 GeV to 4.8 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 119, 181101 (2018) O. Adriani et al. (CALET Collaboration)

発表論文　（2018年6月）: "Influence of Earth-directed Coronal Mass Ejections on the Sun’s Shadow Observed by the Tibet-III Air Shower Array"; The Astrophysical Journal, Volume 860, Number 1(2018) M. Amenomori et al. (TibetASgamma Collaboration)

日本学術振興会　二国間交流事業　オープンパートナーシップ共同研究経費を頂きました。: (2018年5月); 「100TeV領域宇宙ガンマ線と原子核測定による高エネルギー天体現象の研究」; 　相手国：ボリビア、期間：2018年4月1日～2020年3月31日; 写真は、観測サイト：ボリビア・チャカルタヤ山の中腹 (セロ・エストゥケリア) (南緯16度23分, 西経68度08分, 標高4740 m)

ペタ電子ボルトを超える宇宙線の起源やその天体（“PeVatron”）等の高エネルギー天体現象の未解決問題の観測的研究を行います。このため我々は、ボリビア・アンデス高原において、空気シャワー測定器アレイ型の高視野宇宙線望遠鏡と大型水チェレンコフ型のミュー粒子検出器を使った連動実験（ALPACA プロジェクト）を進めています。　この観測では、100 テラ電子ボルト領域における世界最高感度での南天宇宙ガンマ線の探索が可能です。また、空気シャワーコア測定器アレイを追加した連動実験により、10 テラ電子ボルト以下から100 ペタ電子ボルト領域までの陽子から鉄に至る宇宙線化学組成の精密測定を行うこともできます。申請課題期間中に装置建設と測定開始を目指しています。

研究会発表　（2018年4月）: 平成29年度HIMAC共同利用研究成果発表会で、遷移放射過程からの電波研究成果を発表しました。; 「17H384 片寄祐作重粒子ビームを用いた遷移放射過程による電波の研究」片寄祐作、佐々木琢朗、浅羽孝典、若松海帆、小平聡; 平成29年度HIMAC共同利用研究成果発表会（ホテルポートプラザちば、2018年4月16日）

2017年度の研究活動

学会発表　（2018年3月）: M1の浅羽君が日本物理学会で研究報告をしました。; 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究」; （日本物理学会　2018年春年次大会　東京理科大学　野田キャンパス、2018年3月22日、22aK307-8）

研究会発表　（2018年3月）: M2の鈴木君が「雷雲と宇宙線の相互作用に伴う高エネルギー現象」研究会で研究報告; 「宇宙線空気シャワー測定を用いた雷雲電場における粒子加速機構の研究」; （東京大学宇宙線研究所、2018年3月3日）

研究会発表　（2018年2月）: 第二回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会で研究報告; M1 浅羽孝典; 「水チェレンコフ光検出器を用いた空気シャワー観測装置性能向上手法の研究」　高エネルギーガンマ線天体の研究には高い方向決定精度をもつ巨大な検出器が必要となります。この研究では、大規模空気シャワー観測装置に地表水チェレンコフ光検出器(WCD)を追加したハイブリッド測定により、角度分解能の向上を目指しています。 WCDは、空気シャワー中に多く含まれる二次ガンマ線に感度が高く、また安価に総面積を増やすことができるため、、現在のチベット空気シャワーアレイより 2倍以上より角度分解能が実現できると期待しています。モンテカルロシミュレーションにより、空気シャワーの生成と検出器応答を計算し、二次粒子の到来時間差を使った一次粒子の到来方向決定について調べ報告しました。; （第二回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会　東京大学宇宙線研究所、2018年2月26日、27日）

研究会発表　（2018年2月）: 第二回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会で研究報告; M2 鈴木大; 「宇宙線空気シャワー測定を用いた雷雲電場における粒子加速機構の研究」; （第二回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会　東京大学宇宙線研究所、2018年2月26日、27日）

研究会発表　（2018年2月）: 「遷移放射電波を利用した宇宙線空気シャワー観測法の研究」片寄祐作; （第二回空気シャワー観測による宇宙線の起源探索勉強会　東京大学宇宙線研究所、2018年2月26日、27日）

卒業究発表会が行われました。(2018年2月22日): 千石由佳子(4年); 「Tibet 空気シャワー観測装置を用いたGeminga パルサー星雲からのTeV ガンマ線測定のシミュレーション研究」; 三井嘉子(4年); 「ALPACA実験での宇宙ガンマ線観測性能の数値シミュレーション研究」; 八木沢夏穂(4年); 「高エネルギー重原子核宇宙線測定に向けた水チェレンコフ検出器用PMTブリーダ回路の改良」; 森亮太(4年); 「深層学習を用いた高エネルギー宇宙線核種判別法の研究」

修士研究発表会が行われました。(2018年2月14日): 鈴木大(M2); 「宇宙線空気シャワー測定による雷雲電場における粒子加速機構の研究」; 片岡幹博(M2); 「空気シャワーコア検出器を用いたTeV領域陽子・ヘリウム宇宙線測定法の研究」

発表論文　（2018年1月）: "Evaluation of the Interplanetary Magnetic Field Strength Using the Cosmic-Ray Shadow of the Sun"; Phys. Rev. Lett. 120, 031101 (2018) ? Published 16 January 2018 　　 M. Amenomori et al. (The Tibet ASγ Collaboration); チベットで行われている宇宙線観測実験では、太陽に遮られて太陽方向からの宇宙線の欠損が観測されています。この欠損を「太陽の影」と呼んでいます。この論文では太陽の影を利用した太陽―地球間の磁場構造について調べ報告しました。
太陽の影の位置は真の太陽中心に対して少しずれて観測され、惑星間空間磁場が“away”の時期は北方向、 “toward”のとき南方向にずれることが分かりました。惑星間空間磁場モデルを使った数値シミュレーションから予測される太陽の影の位置と観測結果を比較したところ観測から決まる平均的な惑星間空間磁場強度はモデルでの値より1.5倍程度大きいことが明らかになりました。このことは、宇宙線観測から分かる「太陽の影」を調べることによって、平均的な惑星間空間磁場強度が分かることを意味しています。

学会発表　（2018年1月）: 修士2年生の鈴木君が日本大気電気学会で研究成果を報告しました。; 「宇宙線空気シャワー測定を用いた雷雲電場における粒子加速機構の研究」; 鈴木大、大西宗博、片寄祐作、佐古崇志（日本大気電気学会　第96回研究発表会　東京理科大　神楽坂キャンパス、2018年1月6日、セッション２雷　９）; 宇宙線が雷雲に侵入し、雷雲中で空気シャワーを発生させると、雷雲電場の影響によって２次電子、陽電子は加速や減速を受けます。この影響は地上まで到達した空気シャワー粒子群中の電子、陽電子数の総数や分布に現れるはずです。この発表では、空気シャワーシミュレータ（COSMOS）を使い、雷雲電場中の空気シャワーを計算し、チベット空気シャワー観測装置によって雷雲電場の影響が測定可能かどうかを計算しました。

発表論文　（2017年11月）: "Energy Spectrum of Cosmic-Ray Electron and Positron from 10 GeV to 3 TeV Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station"; Phys. Rev. Lett. 119, 181101 (2017) 　　 O. Adriani et al. (CALET Collaboration); 　国際宇宙ステーションで実施している宇宙線・ガンマ線観測実験「CALET」で10ギガ電子ボルトから3テラ電子ボルトまでの宇宙線電子・陽電子の強度スペクトルを報告しました。 30ギガ電子ボルト以上のスペクトルはエネルギーの-3.152乗で減衰することがわかりました。

遷移放射過程によって発生する電波について、放射線総合医学研究所の加速器を使い調査しました。(2017年11月): 放射線総合医学研究所にあるHIMAC加速器を使い、炭素6MeV/uビームをシリコンやポリプロピレンに照射し、遷移放射メカニズムよって発生するはずの電波を市販のUHF、VHFアンテナ等を使い検出可能かを調べました。

学会発表 (2017年9月): 修士2年生の片岡君が物理学会で研究成果を報告しました。; 「空気シャワーコア検出器を用いたTeV領域軽原子核宇宙線スペクトルの測定」; 片岡幹博，片寄祐作，柴田槇雄, 堀田直己，川田和正，大西宗博，齋藤敏治，佐古崇志，瀧田正人（日本物理学会　2017年秋季大会　宇都宮大学　峰キャンパス、2017年9月13日、13aU31-11）; 最近、気球や衛星などの直接観測グループによりTeV領域での宇宙線スペクトルの硬化が報告されており、その原因として近傍超新星残骸の影響や非線形加速モデルなどが提案されています。本研究では、コア検出器を用いて大気深くまで進入して発達する宇宙線空気シャワーシャワーを選択的にトリガーする方法を用いて、数TeVからの軽原子核スペクトルの高精度測定が空気シャワー観測法でも可能かをモンテカルロシミュレーションによって調べ、報告しました。

日本学術振興会から表彰 (2017年9月): 特別研究員等の書面審査において有意義な審査意見を付けたとして表彰されました。

オープンキャンパス　（2017年8月5日、6日）: 大学のオープンキャンパスで研究室紹介をしました。; 院生と４年生が研究内容を紹介するとともに、「ペットボトルを利用した自作のガイガーミューラー計数管による電子測定」とドライアイスとアルコールを使った霧箱によるアルファ線測定」のデモンストレーションをしました。

乗鞍での雷雲に伴うガンマ線観測と宇宙線空気シャワーへの影響を調査しました (2017年7月～9月): 雷雲に入射した宇宙線空気シャワーとそれによって発生すと考えられるガンマ線の発生メカニズムを明らかにすることを目指して、乗鞍宇宙線観測所で雷雲電場と宇宙線空気シャワー、MeVガンマ線の同時観測実験を行いました。

2016年度の研究活動

発表論文　（2017年3月）: "Northern sky Galactic Cosmic Ray Anisotropy between 10-1000 TeV with the Tibet Air Shower Array"; The Astrophysical Journal, Volume 836, Number 2 (2017) 　　 M. Amenomori et al.; チベット高原の宇宙線観測装置で得られたエネルギー10テラ電子ボルトから1000テラ電子ボルトまでの宇宙線データを解析し、銀河宇宙線の異方性を調査し、報告しました。低いエネルギー領域で見つかっている "tail-in" や "loss-cone" と呼ばれる銀河磁場構造は、 100テラ電子ボルト程度になると見られなくなる傾向になり、より高いエネルギーでは新しい異方性の存在を示唆する事が分かりました。南極で行われている米国の”IceCube”実験の結果と合わせると銀河全方向の異方性がわかり、宇宙線の起源や伝搬メカニズムの解明に役立つと思われます。

チベット・ナクチュ高原での新共同実験ミーティング　（2017年1月12日）: 卒業生の陳氏とチベット大学、河北師範大学のメンバーが来日し、チベットナクチュ高原で計画している宇宙線観測計画について話し合いました

研究会発表　（2016年10月29日）: 片岡幹博(M1)「TeV領域軽原子核スペクトル測定のための空気シャワーコア検出器のデザイン研究」; 麻生鑑(４年生)「GPSとNTPサーバーを利用したイベントタイミングモジュール開発」

発表論文　（2016年9月）: "CALET UPPER LIMITS ON X-RAY AND GAMMA-RAY COUNTERPARTS OF GW151226"; The Astrophysical Journal Letters, 829:L20 (5pp), 2016 September , 　　 Adriani , Y.Katayose, et al.

研究会発表　（2016年9月10日）: 若松海帆(4年生)「YAC-III実験用データ収集回路開発」

乗鞍での雷雲に伴うガンマ線観測実験 (2016年8月): 雷雲に入射した宇宙線空気シャワーとそれによって発生すと考えられるガンマ線の発生メカニズムを明らかにすることを目指して、乗鞍宇宙線観測所で雷雲電場と宇宙線空気シャワー、MeVガンマ線の同時観測実験を行いました。神奈川大学、日本大学、東京大学との共同実験で昨年に引き続き２回目の挑戦でしたが、約２ヶ月間の観測期間中に大規模の雷は発生しませんでした。

研究会「Sub-PeVガンマ線による天体観測から迫るKnee領域宇宙線の起源」(2016年8月): 南米ボリビアでの新実験開始に向けて、研究会が開かれました。　チベット実験での研究成果について報告しました。; 片寄祐作「Tibet ASγ実験 - TeV-PeV 領域宇宙線の組成とエネルギースペクトルの研究」; 日時：　2016年8月8日（月）　11:00-17:45　　; 場所：　東京大学宇宙線研究所6階大セミナー室

研究会発表　（2016年4月16日）: 片岡幹博(M1)「銀河系内宇宙線伝播の数値シミュレーションによる宇宙線スペクトルの計算」; 　（Tibet ASg 国際共同実験研究会、東京大学宇宙線研究所）

2015年度の研究活動

学会発表 (2016年3月): 修士1年生の松田君が応用物理学会で研究成果を報告しました。; 「リバース型アバランシェフォトダイオードのシングルイベント効果のシミュレーション研究（Ⅱ）」; 松田光平、片寄祐作、大島武、小野田忍、牧野高紘（2016年第63回応用物理学会春季学術講演会、東工大　大岡山キャンパス、2016年3月21日、21p-P12-8）

卒業究発表会が行われました。(2016年2月23日): 片岡幹博(4年)「銀河系内宇宙線伝播の数値シミュレーションによる宇宙線スペクトルの計算」; 石田智大(4年)「空気シャワーコア検出器YAC-IIIのための時間デジタル変換回路開発」; 山田遥(4年) 「TeV 領域一次宇宙線組成測定のためのモンテカルロシミュレーション」; 駒村美穂(4年)「空気シャワーコア検出による銀河系外宇宙線組成測定法の研究」; 鈴木大(4年) 「雷雲に入射した宇宙線を起源とするガンマ線強度の数値シミュレーション」

修士研究発表会が行われました。(2016年2月17日): 風間光喜(M2)「雷雲電場を起源とする放射線の観測的研究」

研究会発表　（2016年1月30日）: 風間光喜(M2)「乗鞍高原での雷雲とガンマ線観測」; 鈴木大(4年生)「雷雲電場による宇宙線空気シャワー電子加速についての数値シミュレーション研究」; 石田智大(4年)「空気シャワーコア検出器YAC-IIIのための時間デジタル変換回路開発」; （Tibet ASg 国際共同実験研究会、東京大学宇宙線研究所）

学会発表 (2016年1月): 修士2年生の風間君が日本大気電気学会で研究成果を報告しました。; 2015年8月から9月にかけて実施した、乗鞍高原での雷雲電場、ガンマ線と宇宙線の同時観測結果について報告しました。今回の約20日間の観測では残念ながら巨大な雷イベントは起こらず、それにともなうガンマ線は確認できませんでした。　しかし、装置性能の実証とバックグランドイベント強度の測定など今後の観測に向けた貴重なデータを取得することができました。; 「乗鞍における雷雲起源の放射線と宇宙線の観測」; 風間光喜、片寄祐作、日比野欣也他（日本大気電気学会、第94回研究発表会、電気通信大学、2016年1月9日、講演番号51）

研究会発表　（2015年12月19日）: 風間光喜(M2)「乗鞍高原での雷雲とガンマ線観測」; 鈴木大(4年生)「雷雲電場による宇宙線空気シャワー電子加速についての数値シミュレーション研究」　; （Tibet ASg 国際共同実験研究会、東京大学宇宙線研究所）

公開講座　（2015年12月4日）: 横浜国大ー読売新聞社主催の公開講座で講義を行いました。; YY講座、現代社会と理工学　「放射線で探る宇宙」2015/12/4（金）　 PDF

発表論文 (2015年11月): "SEARCH FOR GAMMA RAYS ABOVE 100 TeV FROM THE CRAB NEBULA WITH THE TIBET AIR SHOWER ARRAY AND THE 100 m2 MUON DETECTOR ",; M.Amenomori, Y.katayose, T.Sako 他, The Astrophysical Journal, Volume 813, Number 2 (2015) 98-102

高山での雷雲に伴うガンマ線観測実験 (2015年9月): 雷雲に入射した宇宙線空気シャワーとそれによって発生すと考えられるガンマ線の発生メカニズムを明らかにすることを目指して、乗鞍宇宙線観測所に結晶シンチレーション型ガンマ線検出器と空気シャワー観測装置、電場計等を設置し、雷とガンマ線の同時測定実験を約１ヶ月行いました。
　神奈川大学、日本大学、東大宇宙線研究所との共同実験で、ガンマ線観測装置はM2の風間君が中心となって開発した装置が使用されました。; 上：ガンマ線検出器（NaIシンチレータ、CsI(Tl)シンチレータ、BGOシンチレータ）、検出器の周りには環境放射線の影響を受けないように5cm厚の鉛ブロックで遮蔽されます。下：ガンマ線観測装置と空気シャワー観測装置

宇宙線国際会議 (2015年8月): オランダで開かれた第３４回宇宙線国際会議で研究報告しました。
　“Development of a Front-End Electronics for YAC-III detectors of TibetASgamma experimen”,M.Amenomori, Y.katayose 他; 高エネルギー宇宙線に含まれる鉄原子核などの重い宇宙線の強度を明らかにするため、新しい実験（YAC-III）を計画しています。この実験に必要なデータ収集用エレクトロニクスの開発結果について、 M2の山内君の修士論文をまとめて報告しました。

論文発表 (2015年7月): "A balloon experiment using CALET prototype (bCALET-2)" Advances in Space Research 55 (2015) 753-760; Tae Niita , Shoji Torii , Katsuaki Kasahara, Hiroyuki Murakami, Shunsuke Ozawa, Yoshitaka Ueyama, Yosui Akaike, Tadahisa Tamura, Kenji Yoshida, Yusaku Katayose, Yuki Shimizu, Hideyuki Fuke

最近の活動

2025年度の活動

乗鞍宇宙線観測所、富士山での観測実験

2024年度の活動

乗鞍宇宙線観測所での観測実験

2023年の活動

チベット実験

乗鞍宇宙線観測所での観測実験

2022年度の活動

2021年度の研究活動

2020年度の研究活動

2019年度の研究活動

2018年度の研究活動

2017年度の研究活動

2016年度の研究活動

2015年度の研究活動