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次世代技術の芽と新しい物理をつくる

早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 物理学科・応用物理学科

宇宙から飛来する粒子の観測で 宇宙と素粒子の謎に迫る

宇宙線物理学

[English]

鳥居 祥二 [教授・理工研] dummy_photo
e-mail
homepage http://www.crlab.wise.sci.waseda.ac.jp
専門分野 宇宙物理学
研究テーマ・研究活動
○宇宙線の加速と起源の研究
○暗黒物質の観測的研究
○素粒子相互作用の現象論的研究
○先進的粒子検出器の研究開発
●日本物理学会
●日本天文学会
●宇宙空間研究委員会(COSPAR)
●宇宙技術および科学の国際シンポジウム (ISTS) 組織委員

宇宙で繰り広げられる天体現象は、人類の誕生以来われわれを常に魅了するとともに、知的好奇心の最大の対象であり続けている。そして、これらの解明が人類の科学的進歩と密接不可分であることは、ニュートンやガリレオによる近代物理学の創始を例にあげるまでもない。天体現象の観測手段は、電波からガンマ線にいたる殆どすべての電磁波がカバーされ、最近ではニュートリノや重力波といった新たな分野に拡がりを見せている。
このような宇宙の観測対象の多様化に伴い、さまざまな側面からの宇宙像が明らかにされ、細部にいたる物理が解明されつつある。特に、熱的な放射現象では理解できない、高エネルギー粒子線の起源の解明やそれらが放射するX線、ガンマ線の観測に基づく非熱的宇宙現象の研究が最近特に進歩している。この宇宙粒子線(以後は、宇宙線と略す)は、太陽を起源とすることが分かっている低エネルギーの宇宙線から、成因が全く不明な1ジュールを越す(~1020 eV)宇宙線まで、実に14桁のエネルギー領域において観測されている。
我々の研究室では、宇宙線中の高エネルギー電子成分やガンマ線の観測によって、宇宙物理学の基本問題である宇宙線加速と暗黒物質の謎の解明に挑戦している。このために、最先端技術を駆使した観測装置の開発・研究を行い、さまざまな飛翔体による観測機会を捉えて観測実験を行っている。その主なものは国内や南極大陸における気球観測であるが、中国の回収衛星を用いた衛星実験も実施している。さらに、国際宇宙ステーション(ISS)における大型観測計画(CALET)を、宇宙航空研究開発機構(JAXA)との共同研究として推進している。その他、欧州原子核研究機構(CERN)の世界最大の加速器(LHC)を用いた素粒子相互作用の研究を実施するなどにより、宇宙の高エネルギー現象を解明するための総合的かつ多面的な研究を行っている。

 

研究内容ダミー1

 

 

Shoji Torii [Professor] dummy_photo
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homepage http://www.crlab.rise.waseda.ac.jp
research field Astroparticle Physics
research keywords
Astrophysics
Cosmic Ray
High Energy
Dark Matter
International Space Station
link

Research Profiles (at Faculty of Science and Engineering)

Research Profiles (Elsevier SciVal Experts)

Astroparticle Physics

Cosmic rays are charged particles that reach Earth from interstellar space. Although cosmic rays were discovered nearly 100 years ago, the origin and the acceleration mechanism are still uncertain as well as the propagation process in the Galaxy. However, the recent remarkable progress in both theoretical research and detector technology brings a new era to physics related to cosmic rays, which is called “Astroparticle Physics.” Astroparticle Physics is a new interdisciplinary field at the intersection of particle physics, astronomy, and cosmology, and addresses some of the most fundamental questions of contemporary physics including dark matter, the evolution of the universe, matter and anti-matter asymmetry, and so on. Achieving an answer to most of these questions would mark a major breakthrough in understanding our universe and would open up entirely new fields of research.

Cosmic ray transport through the galaxy is understood to be a diffusion process, in which the Galactic cosmic-ray (GCR) hadronic components may traverse the distance equivalent of hundreds of galactic diameters during their lifetime, thereby randomizing their trajectory and losing connection with their original source. High energy electrons, however, have radiative energy losses that limit their lifetime and, consequently, the distance they can diffuse away from their source. As a result, the highest energy electrons we see on Earth very likely originate from only a few local (approximately 1 kpc) sources and, thus, the GCR electron energy spectrum at energies 100 GeV to approximately 10 TeV should show structures associated with specific sources. Furthermore, electrons and positrons are products of the annihilation of many exotic particles speculated to be dark matter candidates.

The Calorimetric Electron Telescope (CALET) is a mission of Astroparticle Physics at the International Space Station that will address many outstanding questions: (1) the nature of the sources of high energy particles and photons, (2) the details of particle transportation in the galaxy, and (3) signatures of dark matter, in either the high energy electron and/or gamma-ray spectrum. The unique feature of CALET is its thick, fully active calorimeter that allows well into the TeV region with excellent energy resolution, coupled with a fine imaging upper calorimeter to accurately identify the starting point of electromagnetic showers. It is in the TeV region that we anticipate being able to observe, for the first time, an unambiguous signature of energetic particles accelerated in specific sources in our local region of the galaxy and then propagated to Earth.

研究内容ダミー1The Calorimetric Electron Telescope (CALET) is an astrophysics mission for the International Space Station(ISS) that addresses some of the most fundamental questions of contemporary Astroparticle Physics. The major purposes of the CALET mission are to search for signatures of dark matter and to provide the highest energy direct measurements of the cosmic ray electron spectrum in order to observe discrete sources of high energy particle acceleration in our local region of the galaxy. CALET will be launched by H2B Transfer Vehicle (HTV) in 2014 for a five-year observation period in collaboration with JAXA (Japan), NASA (USA), and ASI (Italy).

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