International Antarctic balloon-borne experiment GAPS to open the next era of cosmic-ray observation and dark-matter search

国际南极气球实验 GAPS 开启宇宙射线观测和暗物质搜索的下一个时代

• 批准号: 22KK0042
• 负责人: 福家 英之
• 金额: $ 12.81万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0042/
• 关键词: 宇宙線; 暗黒物質; 反粒子; 反物質; エキゾチック原子; 測定器開発; 気球実験; 先端機能デバイス; 宇宙線、宇宙物理; 反粒子、反物質; 放射線、X線、粒子線

本研究は、宇宙線中に微量に含まれる反粒子（とりわけ未発見の反重陽子）の高感度探索を通じてダークマター等の初期宇宙物理の課題に迫ることを最終目的とする。ダークマターの解明は現代の宇宙物理学・素粒子物理学における喫緊の重要課題の一つである。ダークマターの解明には多角的な研究が求められており、本研究では宇宙線反重陽子という新しい手掛かりを開拓することで他実験とは異なる視点からダークマターの正体に迫る重要な知見を提供できる。その学術目的に迫るため、反粒子宇宙線観測計画ＧＡＰＳ（General Anti-Particle Spectrometer）を推進している。ＧＡＰＳの測定器は、シリコン検出器群とプラスティックシンチレーションカウンタ群で構成され、エキゾチック原子の崩壊過程を利用した新しい粒子識別手法を導入する。この新手法により、測定器の大型化を実現する。ＮＡＳＡ南極周回気球によって１ヶ月間規模の長時間観測を高空にて複数回実施し、稀少な反粒子を探索する。ＧＡＰＳは従来に無い新しいコンセプトに基づく測定器であることから、気球実験に先立ち、地上（実験室内）や環境試験設備（真空チャンバ）での動作確認が欠かせない。２０２２年度は、米国カリフォルニア大学バークレー校にてＧＡＰＳ測定器の総合組立および総合試験（シリコン検出器群の冷却を含む）を実施し、測定器各構成要素の基本性能を確認した。また、真空チャンバ環境試験の２０２３年度の実施に向け、準備を推し進めた。

This study is aimed at exploring highly sensitive topics in early cosmic physics such as trace antiparticles in cosmic rays. The problem of modern cosmology and elementary particle physics is one of the most important problems. The study of cosmic ray anti-double-yang son and new hand-hanging is to explore the important knowledge of different viewpoints. The General Anti-Particle Spectrometer (GAPS) project is being promoted for academic purposes. GAPS measurement device is used to introduce new particle identification methods into the structure of the detector group and the atomic disintegration process. This new method is used to realize the large-scale measurement of the instrument. NASA's Antarctic circumnavigation satellite, a month-long survey at high altitude, and the exploration of rare particles GAPS has no new equipment, no new equipment. In 2022, the U.S. Department of Science and Technology will carry out the integrated assembly and integrated test of GAPS detectors, including the cooling system of GAPS detectors, and confirm the basic performance of each component of GAPS detectors. The implementation and preparation of the vacuum test in 2023 will be advanced.

项目成果

The GAPS experiment: search for dark matter signatures from cosmic-ray antinuclei

GAPS 实验：从宇宙射线反核中寻找暗物质特征

• 发表时间: 2022
• 作者: Alessio Tiberio;GAPS Collaboration (T.Aramaki;M.Boezio;S.E.Boggs;V.Bonvicini;D.Campana;W.W.Craig;E.Everson;L.Fabris;H.Fuke et al.)
• 通讯作者: H.Fuke et al.)

コロンビア大学/カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)

哥伦比亚大学/加州大学伯克利分校/加州大学洛杉矶分校（美国）

宇宙線反粒子探索GAPS実験計画の現状報告

宇宙线反粒子搜索GAPS实验计划现状报告

• 发表时间: 2023
• 作者: 福家英之;水越彗太;小川博之;岡崎峻;白鳥弘英;徳永翔;山谷昌大;吉田哲也;和田拓也;吉田篤正;入江優花;橋本航征;清水雄輝;鈴木俊介;小財正義;加藤千尋;宗像一起;新垣翔太;平井克樹;河内明子;川俣柊介;川本裕樹;奈良祥太朗;高橋俊;C.J.Hailey;M.Boezio;for the GAPS Collaboration
• 通讯作者: for the GAPS Collaboration

Development of control and monitoring system for the GAPS heat pipe

GAPS热管控制监测系统开发

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Kozai;M. Saijo;K. Tokunaga;S. Okazaki;H. Fuke;A. Kawachi;Y. Shimizu
• 通讯作者: Y. Shimizu

Sensitivity of the GAPS experiment to low-energy cosmic-ray antiprotons

• DOI: 10.1016/j.astropartphys.2022.102791
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Astroparticle Physics
• 影响因子: 3.5
• 作者: F. Rogers;T. Aramaki;M. Boezio;S. Boggs;V. Bonvicini;G. Bridges;D. Campana;W. Craig;P. Doetinchem;Eric Everson;Lorenzo Fabris;Sydney Feldman;H. Fuke;F. Gahbauer;C. Gerrity;C. Hailey;Takeru Hayashi;Akiko Kawachi;M. Kozai;A. Lenni;A. Lowell;M. Manghisoni;N. Marcelli;B. Mochizuki;I. Mognet;K. Munakata;R. Munini;Yusuke Nakagami;Jerome Olson;Rene Ong;G. Osteria;K. Perez;Sean Quinn;V. Re;E. Riceputi;B. Roach;Jaime Ryan;N. Saffold;V. Scotti;Y. Shimizu;R. Sparvoli;A. Stoessl;A. Tiberio;E. Vannuccini;T. Wada;M. Xiao;M. Yamatani;Kelsey Yee;A. Yoshida;Tetsuya Yoshida;G. Zampa;J. Zeng;J. Zweerink