The observation of the primordial black hole using the high sensitive MeV gamma-ray camera

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宇宙MeVガンマ線観測は、宇宙の元素起源と暗黒物質の両方にアクセス可能な重要な観測領域である。また、原始ブラックホールがホーキング放射によってMeVガンマ線を放射する可能性があり、これによって暗黒物質を説明できることも非常に興味深い。しかしながら、宇宙ではMeVガンマ線帯域に非常に多くの背景事象が存在し、従来型のコンプトンカメラはこれを除去する能力をほとんど備えていなかった。本研究ではこの問題を解決するため、コンプトン散乱事象の全ての物理量を取得することができる次世代の電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)を開発する。また、これによって約1ヶ月間の気球実験を行い、世界最高感度での宇宙MeVガンマ線観測を行うことが最大の目標である。本年度は、ETCC検出器開発要素の一つである、MPPC光検出器とガス飛跡検出器の組み合わせ試験を行った。さらに、従来とは違うトリガー方式に変更することで、検出器の不感時間を大きく下げることにも成功し、ETCC検出器として稼働することを示した。また、先行実験であるCOMPTEL実験では光電子増倍管に使われている物質中の放射性不純物から背景事象が混入していたため、本研究でも検出器の開発時点から背景事象について調査した。2018年に行われたETCCを用いた気球実験の観測データを再解析し、シミュレーションと比較することによって背景事象の混入量を定量的に分析することができた。その結果、1MeV付近のエネルギー帯域では検出器に使われていたGSOシンチレータ中の放射性不純物からの寄与が支配的であることを突き止めた。気球実験はNASAのAdEPT実験と共同で行う予定である。AdEPT実験ではガス検出器にu-PICの使用を計画しているため、その試験をNASA/GSFCにて行った。陰イオンガスを用いた試験であったが、期待通りのガス利得を得られた。