Hadronic interactions explored by Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes

前年度までの研究の結果により、CTAが空気シャワーシミュレーション分野で使用されるハドロン相互作用モデル間の差異に対して有意な検出力を持つことを立証し、また従来から問題とされてきた宇宙線の化学組成不定性が相互作用モデル検証に対して与える影響も小さく抑える検証手法を確立した。これを受け、2022年度には既に稼働中のチェレンコフ望遠鏡の実データを用いたハドロン相互作用モデルの検証作業を進めた。検証用の実データとしてはVERITAS（12m口径 4台アレイ、ステレオ観測）とCTA大口径望遠鏡(LST)初号機(23m口径１台、単眼観測）の宇宙線事象を使用した。ただし、この検証にとって重要な粒子識別性能については望遠鏡の台数が多いアレイの方が優れ、10年以上の科学運用実績があり装置性能が良く把握されていることから、2022年度はVERITASのアーカイブデータ解析を優先した。VERITASデータベースを用い、相互作用検証に適した実データ群を選定した後、それらの観測時条件（天頂角・方位角・背景夜光・不良画素情報）に合わせて細かい調整を行ったシミュレーションデータを宇宙線研究所計算機クラスターを用いて生成した。また、本研究の検証のため、既存のVERITASの解析コードに改良を加えた本課題用の解析コード開発を行った。これらの準備の後、実データとシミュレーションデータを解析し、パラメータ分布の比較によって相互作用モデルの検証を行った。詳細な結果は2022年度内にVERITASの内部会議で既に報告済であるが、結果の公表は規定のcollaboration reviewの後に行う。概略としては、現状のVERITASは相互作用モデル検証に対してはCTAと遜色ない性能を持ち、30分程度の実データがあれば既存のハドロン相互作用モデル群の差異を統計的に有意に識別可能であることが分かった。

前年度までの研究の結果により、CTAが空気シャワーシミュレーション分野で使用されるハドロン相互作用モデル間の差異に対して有意な検出力を持つことを立証し、また従来から問題とされてきた宇宙線の化学組成不定性が相互作用モデル検証に対して与える影響も小さく抑える検証手法を確立した。これを受け、2022年度には既に稼働中のチェレンコフ望遠鏡の実データを用いたハドロン相互作用モデルの検証作業を進めた。検証用の実データとしてはVERITAS（12m口径 4台アレイ、ステレオ観測）とCTA大口径望遠鏡(LST)初号機(23m口径１台、単眼観測）の宇宙線事象を使用した。ただし、この検証にとって重要な粒子識別性能については望遠鏡の台数が多いアレイの方が優れ、10年以上の科学運用実績があり装置性能が良く把握されていることから、2022年度はVERITASのアーカイブデータ解析を優先した。VERITASデータベースを用い、相互作用検証に適した実データ群を選定した後、それらの観測時条件（天頂角・方位角・背景夜光・不良画素情報）に合わせて細かい調整を行ったシミュレーションデータを宇宙線研究所計算機クラスターを用いて生成した。また、本研究の検証のため、既存のVERITASの解析コードに改良を加えた本課題用の解析コード開発を行った。これらの準備の後、実データとシミュレーションデータを解析し、パラメータ分布の比較によって相互作用モデルの検証を行った。詳細な結果は2022年度内にVERITASの内部会議で既に報告済であるが、結果の公表は規定のcollaboration reviewの後に行う。概略としては、現状のVERITASは相互作用モデル検証に対してはCTAと遜色ない性能を持ち、30分程度の実データがあれば既存のハドロン相互作用モデル群の差異を統計的に有意に識別可能であることが分かった。