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テレスコープアレイ実験 (宇宙線望遠鏡の調整と観測) 東京工業大学 常定 芳基 東京大学宇宙線研究所 共同利用研究発表会 2007年12月14日

テレスコープアレイ実験 (宇宙線望遠鏡の調整と観測)...PMT ba stereo event PMT b8 waveform BRM CAMERA 00 Stereo Reconstruction θ [deg] φ [deg] X max [g/cm2]

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  • テレスコープアレイ実験(宇宙線望遠鏡の調整と観測)

    東京工業大学

    常定 芳基

    東京大学宇宙線研究所 共同利用研究発表会 2007年12月14日

  • 2

    共同研究者H.Kawaia, S.Yoshidaa, H.Yoshiib, K.Tanakac, F.Cohend, E.Kidod, M.Fukushimad, N.Hayashidad, K.Hiyamad, D.Ikedad, H. Ishizukad, M.Kawaguchid, Y.Kondod M.Ohnishid, H.Ohokad, S.Ozawad, H.Sagawad, N.Sakuraid, T.Shibatad, H.Shimodairad, M.Takedad, A.Taketad, M.Takitad, H.Tokunod, R.Toriid, S.Udod, T.Yamakawad, K.Yamamotod, H.Fujiie, T.Matsudae, S.Suzukie,M.Tanakae, H.Yamaokae, K.Hibinof, K.Dourag, M.Chikawag, T.Nakamurah, M.Teshimai, K.Kadotaj, Y.Uchihorik, Y.Hayashil, S.Kawakamil, T.Fujiil, T.Matsuyamal, M.Minaminol, T.Nonakad, S.Ogiol, A.Ohshimal, T.Okudal, H.Miyauchil, H.Tanaka3, D.R.Bergmanm, G.Hughesm, S.Strattonm, G.B.Thomsonm, K.Endon, N.Inouen, S.Kawanan, Y.Wadan, K.Kasaharao, R.Azuma, T.Fukudap, T.Iguchip, F.Kakimotop, S.Machidap, Y.Muranop, Y.Tamedap, Y.Tsunesadap, J.W.Belzs, S.A.Blakes, O.Brusovas, J.A.J.Matthewsr, R.U.Abbasis, T.Abu-Zayyads, R.Cadys, Z.Caos, P.Huentemeyers, C.C.H.Juis, K.Martenss, J.N.Matthewss, J.D.Smiths, P.Sokolskys, R.W.Springers, J.R.Thomass, S.B.Thomass, L.R.Wienckes, T.Doylet, M.J.Taylort, V.B.Wickwart, T.D.Wilkersont, K.Hashimotou, K.Hondau, T.Ishiiu, K.Ikutau, S.Iwamotou, T.Kanbeu, T. Tomidau, Y.Tsuyuguchiq, Y.Chibav, K.Miyatav, B.G.Cheon1, I.S.Cho0, P.Gorhamy, Y.J.Kwon0, D.Loombar, E.Malekw, M.Mostafas, J.Ormesx, I.H.Park2, J.Raittw, D.Rodriguezs, S.Schnetzerm, L.Scottm, G.Sinnisz, Y.Unno1, J.Yang2

    (r) University of New Mexico, Albuquerque, NM 87131 USA(s) University of Utah, 115 S 1400 E, Salt Lake City, UT 84112, USA(t) Utah State University, Logan UT 84322, USA(u) Yamanashi University,4-4-37 Takeda, Kofu, Yamanashi, 400-8510 Japan(v) Tokyo Univ. of Science, Noda, Chiba, 278-8510 Japan(w) Utah State University, Logan, UT 84322-1400, USA(x) University of Denver, Denver, CO 80208, USA(y) University of Hawai’i System, Manoa, Hawai’i, USA(z) Los Alamos National Lab., Los Alamos, NM, USA(0) Yonsei University, Seoul 120-749, South Korea(1) Hanyang University, Seoul 133-791, South Korea(2) Ewha Womans University, Seoul 120-750, South Korea (3)Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai 400005, India

    (a) Chiba University, Inage-ku, Chiba-shi, Chiba, 263-8522 Japan(b) Ehime University, Matsuyama, 790-8577 Japan(c) Hiroshima City University, Asa-Minami-Ku, Hiroshima, 731-3194 Japan(d) ICRR, University of Tokyo, Kashiwa, Chiba, 277-8582 Japan(e) Institute of Particle and Nuclear Studies, KEK, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801 Japan(f) Kanagawa University, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa, 221-8686 Japan(g) Kinki University, Higashi-Osaka City, 577-8502 Japan(h) Kochi University, Kochi, 780-8520 Japan(i) Max-Planck-Institute for Physics, 80805 Muenchen, Germany (j) Musashi Institute of Technology, Setagaya-ku, Tokyo, 158-8557 Japan(k) National Institute of Radiological Sciences, Inage-ku, Chiba-shi, 263-8555 Japan(l) Osaka City University, Sumiyoshi-ku, Osaka, 558-8585 Japan(m) Rutgers University, 136 Frelinghuysen Road, Piscataway, NJ 08854, USA(n) Saitama University, Sakura-ku, Saitama, 338-8570 Japan(o) Waseda University, Shinjuku, Tokyo, 169-8050 Japan(p) Tokyo Institute of Technology, Meguro-ku, Tokyo, 152-8550 Japan

    東京大学宇宙線研究所 共同利用研究発表会 2007年12月14日

    26の研究所/大学(日本、米国、韓国)約120名

  • 最高エネルギー領域宇宙線のエネルギースペクトラム

    AUGER in 2007

  • 宇宙線望遠鏡実験(TA)• ターゲット:最高エネルギー領域宇宙線: 1018 – 1020 eV ~ それ以上• 「ハイブリッド」観測:

    • 大気蛍光望遠鏡 (FD) Fly’sEye/HiRes タイプ 3ステーション• 地表粒子検出器 (SD) AGASA タイプ 512台

  • ~512 Counters~512 Counters

    AGASA x (7AGASA x (7--13)13)

    3 Fluorescence Stations3 Fluorescence Stations

    AGASA x (5AGASA x (5--12)12)

  • Aperture

    10

    100

    1000

    10000

    18 18.5 19 19.5 20 20.5

    100

    1000

    10000

    effect

    ive a

    rea [km

    2]

    apert

    ure

    [km

    2 s

    tr]

    log(E[eV])

    Mono(3st)Stereo(3st)Hybrid(3st)

    AGASA aperture

  • Grid 1.2km spacing

    TATA--SDSD

  • Scintillator Box

    GPS antenna

    Solar panel (120 W)

    Wireless LANAntenna (2.5 GHz)

    Platform

    Roof

    Surface Detector (SD)

    ElectronicsWaveform recorder/GPS/Wireless LAN/Power control/Detector control/Battery(~100 h)

    Scintillator Box

    Stainless,

    230x170x10(cm3)

    1.5 mm thick

    PMT: 2

    (Electrontubes 9124SA)

    Total weight ~190 kg

  • 485 485 SDs Deployed (~SDs Deployed (~95%)95%)2525::Private propertyPrivate property2 2 ::Deploy point became a pondDeploy point became a pond

  • Sample of Air shower event by SD

    • Observed on 19.Jul.2007

    • Trigger condition : – At least three SDs – more than 3MIPs

    22μμss

    9 9 particlesparticles4 4 particlesparticles

    123 123 particlesparticles

    57 57 particlesparticles11 11 particlesparticles

    SD Test run

    early late

  • Log(E[eV])=19.1Log(E[eV])=19.1Zenith=36.3[deg]Zenith=36.3[deg]Azimuth=241.2[deg]Azimuth=241.2[deg]

    1010μμss

    early late

    observed on 2007/07/04observed on 2007/07/04

    Another example

    LDF fitting Core position

    Prelim

    inary

    Prelim

    inary

  • SD Deployment01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    28 28

    27 27

    26 26

    25 25

    24 24

    23 23

    22 22

    21 ? 21

    20 20

    19 NG ? 19

    18 NG 18

    17 17

    16 16

    15 15

    14 14

    13 13

    12 12

    11 11

    10 10

    9 9

    8 8

    7 7

    6 6

    5 NG 5

    4 4

    3 3

    2 2

    1 1

    01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    07年2月までに485/512=95%完成済

    2008年1月より全SDアレイでのデータ取得開始

  • TA-FD

    Long Ridge

    Black Rock Mesa

    Middle Drum

  • TA-FD

    3.3 m dia.

    FOV: 3o – 18o x 18o

    17.7o – 33o x 18o

    Mirrors

    1021mm

    89

    3m

    PMT: HAMAMATSU R9508

    Filter: BG3

    Bleeder circuit with

    pre-amplifier

    camera60 mm Hex.,256 PMTs

  • LIDAR & cloud monitor

    LongRidge

    Mirror

    30cmf

    Laser

    5mJ, 355nm

    100 m

    IR camera(AVIO TVS-600S) FOV: 25.8o x 19.5o

    no. of pixels : 320 x 236sensitivity :8-14mm

    Extinction coefficientVertical Aerosol Optical Depth (VAOD)

  • TA-LINAC

    Electron beamEnergy: 40±1% MeVIntensity: 109 e- (0.16nC)Pulse width: 1μsec (300m) Frequency: 1 Hz = 1pps

    Now being assembled at KEK

    100m away: 40MeV×109~1016eV

    10km away: ~1020eV

    Fluorescence yield 10%

    Atmospheric 10%

    Photon to ADC 10%

    20% 14%Energy resolution

  • 年内にビームテストを行う

    TA-LINAC

  • FD観測

    March

    April

    May

    June

    July

    Aug.

    Sep.

    Oct.

    Nov.

    2ステーション(24台)設置完了(エレキは一部未設置)

    テスト観測(複数台での動作確認)

    DAQの改良

    テスト観測@ BRM,LR (DAQ check)

    観測@ BRM,LR 9 nights (34 hours)

    Observation @ BRM,LR 5 nights (15 hours)

    Observation @ BRM,LR 8 nights (27 hours)

    Observation @ BRM,LR 11 nights

    3.6Hz @ BRM1.4Hz @ LR

    DAQ改良

    全望遠鏡の準備完了

    完全な形で観測開始 @ BRM,LR

  • テスト観測@BRM in Mar.

    Camera00 Camera02 Camera04 Camera06

    Camera01 Camera03

    ステーション全システムの動作を確認

  • The First FD The First FD ““FineFine”” EventEvent

    Camera08

    Camera09

    June 20, 08:18:21(UTC), trigger ID 0000169

    Air shower development?

  • 飛行機イベント

    ゴミイベント

    シャワーイベント

    Time (52.1us)

    Time (52.1us)

    波形、タイミングでのセレクションが可能

  • ミューオンによるトリガー

  • Trigger / day @ BRM Nov/05~14 UTC

    Airplane: ~ 60%Muon ~ 30%Shower? ~ 10%

    11/07: Not analyzed 11/10&12: No observations 11/14: bad weather (cloudy)

  • trigger rate @ LR Nov/09 UTC5:004:003:002:001:000:0023:0022:0021:0020:00

    Local time

  • LR CAMERA05

    Stereo event Nov/05 UTC

    ENERGY log E =19.0 eV

    BRM CAMERA00

  • 0.045

    0.06

    0.02 0.03

    0

    0 512

    Vol

    t

    nano seconds

    0

    0

    0

    stereo event waveform LR CAMERA 05

    PMT 99

    PMT da

    PMT b9

    PMT fa

  • 0.01

    0.016

    0.012 0.014

    0

    0 512

    Vol

    t

    nano seconds

    0

    0

    0

    PMT be PMT bc

    PMT ba

    PMT b8stereo event waveform BRM CAMERA 00

  • Stereo Reconstruction 

    θ [deg]

    φ [deg]

    Xmax [g/cm2]

    Ln Nmax Log E0

    70.6 76.5 541 22.9 19.0

    # Date (UTC) Run TriggerID

    1 07/Nov/05 05:23:00

    BRM: 110513LR: 110514

    BRM: 3923LR: 7445

    PreliminaryPreliminary

  • Stereo Reconstruction

    θ [deg]

    φ [deg]

    Xmax [g/cm2]

    Ln Nmax Log E0

    41.9 ‐8.7 794 23.1 19.1

    # Date (UTC) Run TriggerID

    07/Nov/11 05:26:09

    BRM: 111115LR: 111113

    BRM: 4193LR: 8188

    PreliminaryPreliminary

  • Stereo Reconstruction

    θ [deg]

    φ [deg]

    Xmax [g/cm2]

    Ln Nmax Log E0

    45.8 ‐35.4 639 22.9 19.0

    # Date (UTC) Run TriggerID

    1 07/Nov/09 04:01:48

    BRM: 110905LR: 110906

    BRM: 513LR: 13977

    PreliminaryPreliminary

  • まとめ

    • SD: 年内にも完成• FD: 3ステーション完成

    • 2007年11月より定常観測に入った→ 2008年1月より TA full configuration

    による観測開始!• キャリブレーション進行中

    • SD: 粒子測定、タイミング測定• FD: LIDAR, LINAC, Central Laser, …

    • データ解析スタート

    テレスコープアレイ実験�(宇宙線望遠鏡の調整と観測)共同研究者宇宙線望遠鏡実験(TA)ApertureTA-SD Sample of Air shower event by SDSD DeploymentThe First FD “Fine” EventStereo Reconstruction Stereo ReconstructionStereo Reconstructionまとめ