超伝導マグネットスペクトロメータを用いた宇宙粒子線観測 : BESS 国際共同気球実験 (2) / 宇宙起源反粒子の探索結果

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我々の世界は物質から成り立っており,物質と反物質の対称性は破れているように見える。もしこの破れが局所的なものだとすると,どこかに反物質でできた世界が存在する可能性がある。反物質でできた銀河-「反銀河」-から漏れ出す宇宙線の一部は我々の銀河に到達すると考えられ,地球に降り注ぐ反粒子の宇宙線として観測可能である。中でも反ヘリウムは宇宙線の衝突で生成される確率は極めて小さいため,もし観測することができれば反銀河の存在を示す直接的な証拠となる。これまでにガンマ線の観測により10Mpc以内のスケールでのこのような反銀河の存在は否定されているが,それより大きな領域での検証はほとんどなされていない。Steckerらによれば数100Mpc内に反銀河が均一に分布していると,ヘリウムに対して10^<-5>∿10^<-6>の反ヘリウムが観測されると予測されるが[1],従来の観測ではそのレベルまで到達していない。一方,宇宙から飛来する反陽子は一次宇宙線と星間物質と衝突により生成された2次的なものと考えられている[2,3]。この場合,低エネルギーの反陽子は運動学的に生成されにくく,1GeV以下の領域では陽子比にして10^<-5>以下になると計算されている。したがって,低エネルギーにおいて反陽子を生成するような物理プロセス,例えば,暗黒物質の候補とされている超対称性粒子の対消滅[4,5],原始ブラックホールの蒸発等[6,7]が存在すれば,低エネルギー反陽子の信号として観測することができる可能性がある。これまでの実験では反陽子/陽子比にして10^<-5>程度の上限値が報告されているのみである[8,9]。BESS検出器は宇宙起源の反粒子(反陽子および反ヘリウム)の観測をその主な目的として開発された,超伝導コイルを搭載したスペクトロメータで,従来の検出器の約20倍の面積立体角と高速なデータ収集能力を持ち,反ヘリウム,反陽子をこれまでにない感度で測定し,上記の問題に関して重要な知見を与えることが可能である。本報告では93年度,94年度にカナダで行った観測実験のデータをもとにした反ヘリウムの探索結果[10],および低エネルギー領域での反陽子流束の測定結果を報告する。[11,12]。93年度データに関しては最終結果,94年度データについてはこれまでの解析で得られた予備的な結果を述べる。検出器の性能,飛翔実験の詳細は本報告[13]を参照のこと。
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