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KMIが参加しているプロジェクトをご紹介いたします。

ATLAS実験は、スイス ジュネーブ近郊の欧州原子核研究所(CERN)にある世界最高エネルギーの陽子陽子衝突型加速器Large Hadron Collider (LHC)を用いて、未知の素粒子現象の発見を目指しています。38カ国から177の大学・研究機関が参加し、3000人におよぶ研究者による国際共同プロジェクトです。2012年7月にヒッグス粒子を発見しました。戸本教授が率いる名古屋大学の研究チームは、ヒッグス粒子や新粒子から放出 されたと考えられるミューオンが陽子陽子衝突事象の中に存在するかどうかを判断する「ミューオントリガー」のエレクトロニクスやソフトウェア の開発・建設・運転、未発見の素粒子現象の発見に向けたデータ解析など、プロジェクトの様々な側面で主導的な役割を担っています。
高エネルギー加速器研究所(KEK)(日本・つくば)のSuperKEKB加速器で生成される膨大な素粒子反応をとらえる改良型の測定装置がBelle II(ベル・ツー)測定器です。Belle II 実験は、23の国と地域で働く700人以上の研究者たちが参加する世界有数の国際共同プロジェクトです。飯嶋徹教授が率いる名古屋大学の研究チームは、「TOPカウンター」と呼ばれる新型粒子検出器の独自開発と建設・運転、KMIの高性能コンピュータシステムによる大量のデータを処理手法の開発、新現象発見に向けたデータ解析など、プロジェクトの様々な側面で主導的な役割を担っています。
BelleII実験プロジェクトのニュース記事はこちらです。
The Compton Spectrometer and Imager (COSI) は、NASAの次期SMEX衛星として2025年打ち上げ予定で開発を進める宇宙 MeV ガンマ線観測衛星である。1990-2000年の大型ガンマ線衛星Compton搭載のCOMPTEL検出器以来の全天MeV探査計画であり、遥かに小型であるものの、Ge半導体ベースのコンプトン望遠鏡による高いエネルギー分解能を特徴とし、銀河系内の核ガンマ線輝線の探査と得意とし、その他多くの宇宙高エネルギー現象の観測に威力を発揮する。UC Berkeley とNASA/GSFCを中心に、フランス、イタリア、台湾、そして日本の国際連携で開発される。日本はコンプトンカメラ解析、放射線モニター開発、ダークマターや雷ガンマ線サイエンスを貢献する。
チェレンコフ望遠鏡アレイ(Cherenkov Telescope Array、CTA)は 20 GeV から 300 TeV の超高エネルギーガンマ線を地上から観測する国際天文台の計画です。超新星残骸や活動銀河核など、銀河系内外に多数存在する超高エネルギー天体を観測します。さらに暗黒物質の対消滅により発生すると期待されるガンマ線を世界最高感度で探査することにより、世界初の暗黒物質の間接的発見を目指しています。2020 年代に 100 台以上の望遠鏡を南北半球に建設することを目指し、名古屋大学では望遠鏡の焦点面カメラや光検出器の開発、望遠鏡シミュレーションなどで主導的な役割を果たしています。日本語ページはこちらです。
DECIGO (DECi-hertz Interferometer Gravitational wave Observatory)は、
0.1~10 Hzの周波数帯を狙う宇宙重力波望遠鏡であり、1,000 km離れた3台の宇
宙機とそれらを結ぶレーザー干渉計で構成されます。DECIGOの最大の目的は、宇
宙誕生直後のインフレーションの期間に発生したと考えられる原始重力波を直接
観測し、宇宙誕生の謎を解き明かすことです。また、ダークエネルギーの特性評
価や巨大ブラックホールの形成メカニズムの解明など様々なサイエンスも期待さ
れています。我々は、まず、DECIGOの前哨科学衛星であるB-DECIGOの2034年の打
ち上げを目指しています。名大(KMI)は、DECIGOの中心的研究機関の一つです。
フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡(フェルミ衛星)は 2008 年に NASA によって打ち上げられた、ガンマ線観測衛星です。大面積望遠鏡(Large Area Telescope、LAT)とガンマ線バーストモニターの 2 つの検出器を搭載し、LAT は 20 MeV から 300 GeV の高エネルギーガンマ線を観測します。名古屋大学はこのうち LAT チームとしてフェルミ衛星に参加しています。LAT はこのエネルギー範囲で世界最高のガンマ線検出感度を持ち、これまでにガンマ線観測による暗黒物質の間接探査で銀河中心や矮小楕円体銀河の観測で、暗黒物質衝突断面積に最も強い制限をつけてきました。日本フェルミ衛星LATチームのHPはこちらです。
XRISMが観測する帯域の1桁上の1-80 keV X線まで観測できる広帯域衛星で、2030年代前半の打ち上げを目指して提案をしている計画です。2016年に打ち上げられ短期間で失われてしまった「ひとみ」衛星の硬X線観測機が高い性能を軌道上で示していたことをうけてこれを発展させ、NASAと協力して10倍優れた角分解能の望遠鏡を採用して、1桁以上に感度を改善します。名古屋大学は、衛星全体のデザインや検出器の開発研究、望遠鏡の評価試験を推進しています。
ハイパーカミオカンデは、スーパーカミオカンデの8倍の有効体積190ktを持つ次世代のニュートリノ検出器で、2027年からの観測開始を目指して準備を進めています。
ハイパーカミオカンデによって、現在兆候が見えているニュートリノ振動におけるCP対称性の破れの発見や、まだ見つかっていない素粒子大統一理論の証拠である陽子崩壊の発見が期待できます。
KMIでは、ハイパーカミオカンデのための新型光センサーの開発や、MeV-GeV領域のニュートリノを用いた新たな宇宙観測の立案に貢献しています。
LHCf実験およびRHICf実験は、それぞれLHC、およびRHIC加速器の陽子陽子衝突点の超前方(陽子ビーム進行方向)に生成される粒子を測定し、10の20乗電子ボルトを超えるような超高エネルギー宇宙線のハドロン相互作用の検証を行う研究です。
KMIはこの実験の中核機関として、イタリアINFN等と協力して、LHC加速器トンネルに専用の小型検出器を設置し、超高エネルギー宇宙線相互作用の研究を進めてきました。
2017年には、理研と協力して、RHIC加速器にも検出器を設置し、重心系エネルギーの510GeV偏極陽子陽子衝突からの粒子生成の測定を行い、生成粒子の偏極度測定も行っています。
J-PARCミューオンg-2/EDM実験は、大強度陽子加速器施設(J-PARC)(日本・東海村)の物質・生命科学実験施設(MLF)で生成される大強度ミューオンビームを用い、ミューオンの異常磁気能率(g-2)と電気双極子能率(EDM)を革新的な方法で測定する国際共同プロジェクトです。これらの測定から素粒子物理学の標準理論を超える「新物理」の存在を明らかにしようと、世界9ヶ国から100人以上の研究者たちが参加し、2026年からのデータ収集にむけて研究・開発を進めています。飯嶋徹教授が率いる名古屋大学の研究チームは、革新的な実験方法をもたらすミューオンの冷却技術と線形加速器の研究・開発を推進しています。
ミュオン g-2/EDM実験紹介動画
低速の中性子を用いた精密測定により様々な素粒子原子核物理学実験を行うプロジェクトで、そのテーマは中性子寿命の精密測定、新しい空間・時間反転対称性の破れの探索、余剰次元・ダークエネルギーの探索など多岐にわたります。実験には世界最高輝度を誇るJ-PARCのパルス中性子を中心に、国内外の加速器・研究用原子炉を利用します。名古屋大学は、キーとなる中性子制御デバイスの開発や実験装置建設、実験の立案から測定・解析まで様々な側面で主導的な役割を担っています。
NEWSdm実験は、地球上で暗黒物質を到来方向情報も含めて検出することを目指した国際共同プロジェクトであり、日本、イタリアを中心に5ヵ国、14機関で構成されています。本実験では、名古屋大学で独自に開発したNano Imaging Tracker(NIT)と呼ばれる超微粒子原子核乾板を検出デバイスとして用います。
これは、ナノメートルの空間分解能を持って粒子飛跡を検出できる世界で最も解像度の高い検出器であり、さまざまなユニークなテクノロジーを駆使して、暗黒物質によって作り出される微細な信号を方向情報を含めて検出することを目指します。

スーパーカミオカンデ実験は、神岡鉱山の地下1000mに作られた5万トンの超純水による水チェレンコフ検出器を用いて、太陽や宇宙線、加速器からのニュートリノを用いたニュートリノの性質の研究や、ニュートリノによる宇宙観測、そして陽子崩壊の探索を行っています。
来年からは、ガドリニウムという物質を水に添加して、過去の超新星からのニュートリノの探索に挑みます。
KMIでは、主に大気ニュートリノの研究や、暗黒物質からのニュートリノの探索を行っています。

XENONnT実験は、液体キセノンを用いた世界最大の暗黒物質探索実験であり、現在イタリアのグランサッソ国立研究所(LNGS)においてその建設が進められています。
XENONnT実験は、世界11カ国から集まった約170人の研究者たちが参加する国際共同プロジェクトで、2019年秋より実験の開始を予定しています。
名古屋大学の研究チームは、スーパーカミオカンデで培われたガドリニウム添加型水チェレンコフ検出器の技術を用いて、暗黒物質発見の鍵を握る中性子除去検出器の開発を行っています。
また、現在世界最高感度で運転を続けるXENON1T実験で得られたデータの解析や、将来の暗黒物質探索に用いるための新しい光検出器の研究開発なども行っています。
JAXA宇宙科学研究所が中心となって開発を進めている、X線天文衛星で、2023年ごろの打ち上げを目指し、プロジェクトが進行中です。0.3-13 keVの軟X線を超精密分光する能力に優れ、6.4 keV の鉄のK殻蛍光輝線に対して 5 eVと、1000倍以上の分光能力を持ちます。これは既存のX線衛星の30倍以上で、銀河団や巨大ブラックホールといった高エネルギー天体の高温プラズマをドップラー観測して、その速度や乱流などの運動をかつてない精度で明らかにすることで、ダイナミックな宇宙の姿を示します。異なる電離状態を区別することや、カルシウムなど宇宙に比較的少ない重元素の定量化にも、圧倒的な威力を発揮し、多くの謎を明らかにします。名古屋大学は分光装置の開発チームと、科学運用チームに参加しています。