2025/03/14 更新

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タナカ マサシ
田中 雅士
所属
理工学術院 理工学術院総合研究所
職名
主任研究員(研究院准教授)
学位
博士(理学) ( 筑波大学 )

経歴

  • 2017年09月
    -
     

    早稲田大学   理工学術院   准教授

  • 2009年02月
    -
     

    高エネルギー加速器研究機構   博士研究員

  • 2001年05月
    -
     

    アルゴンヌ国立研究所   博士研究員

  • 2012年04月
    -
     

    早稲田大学   理工学研究所   次席研究員

  • 2011年09月
    -
     

    早稲田大学   非常勤講師

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学歴

  • 1998年04月
    -
    2001年03月

    筑波大学大学院   物理学研究科   素粒子実験専攻  

所属学協会

  •  
     
     

    宇宙線研究者会議

  •  
     
     

    高エネルギー物理学研究者会議

  •  
     
     

    日本物理学会

研究分野

  • 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理に関する理論 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理に関する実験

研究キーワード

  • 暗黒物質

  • 素粒子実験

メディア報道

  • 特集:暗黒物質に異説「暗黒物質を捉える」

    新聞・雑誌

    日経サイエンス  

    2015年10月

  • 暗黒物質を観測へ 早大、世界最小装置で

    新聞・雑誌

    日本経済新聞  

    2016年10月17日朝刊  

 

論文

  • First operation of LArTPC in the stratosphere as an engineering GRAMS balloon flight (eGRAMS)

    R Nakajima, S Arai, K Aoyama, Y Utsumi, T Tamba, H Odaka, M Tanaka, K Yorita, S Arai, T Aramaki, J Asaadi, A Bamba, N Cannady, P Coppi, G De Nolfo, M Errando, L Fabris, T Fujiwara, Y Fukazawa, P Ghosh, K Hagino, T Hakamata, U Hijikata, N Hiroshima, M Ichihashi, Y Ichinohe, Y Inoue, K Ishikawa, K Ishiwata, T Iwata, G Karagiorgi, T Kato, H Kawamura, J Krizmanic, J Leyva, A Malige, J G Mitchell, J W Mitchell, R Mukherjee, K Nakazawa, K Okuma, K Perez, N Poudyal, I Safa, M Sasaki, W Seligman, K Shirahama, T Shiraishi, S Smith, Y Suda, A Suraj, H Takahashi, S Takashima, S Tandon, R Tatsumi, J Tomsick, N Tsuji, Y Uchida, S Watanabe, Y Yano, K Yawata, H Yoneda, M Yoshimoto, J Zeng

    Progress of Theoretical and Experimental Physics    2024年11月  [査読有り]

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    Abstract

    GRAMS (Gamma-Ray and AntiMatter Survey) is a next-generation balloon/satellite experiment utilizing a LArTPC (Liquid Argon Time Projection Chamber), to simultaneously target astrophysical observations of cosmic MeV gamma-rays and conduct an indirect dark matter search using antimatter. While LArTPCs are widely used in particle physics experiments, they have never been operated at balloon altitudes. An engineering balloon flight with a small-scale LArTPC (eGRAMS) was conducted on July 27th, 2023, to establish a system for safely operating a LArTPC at balloon altitudes and to obtain cosmic-ray data from the LArTPC. The flight was launched from the Japan Aerospace Exploration Agency’s (JAXA) Taiki Aerospace Research Field in Hokkaido, Japan. The total flight duration was 3 hours and 12 minutes, including a level-flight of 44 minutes at a maximum altitude of 28.9 km. The flight system was landed on the sea and successfully recovered. The LArTPC was successfully operated throughout the flight, and about 0.5 million events of the cosmic-ray data including muons, protons, and Compton scattering gamma-ray candidates, were collected. This pioneering flight demonstrates the feasibility of operating a LArTPC in high-altitude environments, paving the way for future GRAMS missions and advancing our capabilities in MeV gamma-ray astronomy and dark matter research.

    DOI

  • Development of a liquid argon detector with high light collection efficiency using tetraphenyl butadiene and a silicon photomultiplier array

    Kazutaka Aoyama, Masashi Tanaka, Masato Kimura, Kohei Yorita

    Progress of Theoretical and Experimental Physics   2022 ( 4 )  2022年04月  [査読有り]

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    Abstract

    To increase the light collection efficiency of a liquid Ar (LAr) detector, we optimized the evaporation technique of tetraphenyl butadiene (TPB) on the detector surface and tested the operability of a silicon photomultiplier (SiPM), namely, the multi-pixel photon counter with through-silicon-via (TSV–MPPC, Hamamatsu Photonics K.K.) at LAr temperature. TPB converts LAr scintillations (vacuum ultraviolet light) to visible light, which can be detected using high-sensitivity photosensors. Because light collection efficiency depends on the deposition mass of TPB on the inner surface of the detector, we constructed a well-controlled TPB evaporator to ensure reproducibility and measured the TPB deposition mass using a quartz crystal microbalance sensor. After optimizing the deposition mass of TPB (30 $\rm \mu g/cm^2$ on the photosensor window and 42 $\rm \mu g/cm^2$ on the detector wall), the observed light yield was 12.8 $\rm \pm$ 0.3 p.e./keVee using PMTs with a quantum efficiency of approximately 30% for TPB-converted light. We also tested the low-temperature tolerance of TSV–MPPC, which has a high photon detection efficiency, in an LAr environment. The TSV–MPPC detected the LAr scintillations converted by TPB with a photon detection efficiency exceeding 50%.

    DOI

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    2
    被引用数
    (Scopus)
  • Measurement of emission spectrum for gaseous argon electroluminescence in visible light region from 300 to 600 nm

    Aoyama, K., Kimura, M., Morohoshi, H., Takeda, T., Tanaka, M., Yorita, K.

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment   1025   166107 - 166107  2022年02月  [査読有り]

    DOI

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    6
    被引用数
    (Scopus)
  • Reconstruction of multiple Compton scattering events in MeV gamma-ray Compton telescopes towards GRAMS: The physics-based probabilistic model

    Yoneda, H., Odaka, H., Ichinohe, Y., Takashima, S., Aramaki, T., Aoyama, K., Asaadi, J., Fabris, L., Inoue, Y., Karagiorgi, G., Khangulyan, D., Kimura, M., Leyva, J., Mukherjee, R., Nakasone, T., Perez, K., Sakurai, M., Seligman, W., Tanaka, M., Tsuji, N., Yorita, K., Zeng, J.

    Astroparticle Physics   144  2022年  [査読有り]

    DOI

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    4
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    (Scopus)
  • Overview of the GRAMS (Gamma-Ray AntiMatter Survey) Project

    Tsuguo Aramaki, Kazutaka Aoyama, Jonathan Asaadi, Lorenzo Fabris, Yuto Ichinohe, Yoshiyuki Inoue, Georgia Karagiorgi, Dmitry Khamgulyan, Masato Kimura, Jon Leyva, Reshmi Mukherjee, Taichi Nakasone, Hirokazu Odaka, Kerstin Perez, Mayu Sakurai, William Seligman, Satoshi Takashima, Masashi Tanaka, Naomi Tsuji, Hiroki Yoneda, Kohei Yorita, Jiancheng Zeng

    Proceedings of 37th International Cosmic Ray Conference — PoS(ICRC2021)    2021年07月

    DOI

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講演・口頭発表等

  • eGRAMS: Engineering Balloon Flight for the GRAMS experiment at JAXA TARF

    田中雅士

    COSPAR 2024 45th Scientific Assembly  

    発表年月: 2024年07月

  • GRAMS実験

    田中雅士

    2023年度第1回CRCタウンミーティング  

    発表年月: 2024年03月

  • T98: Measurement of Anti-Matter Reaction in Liquid Argon Time Projection Chamber

    Masashi Tanaka

    37th J-PARC PAC meeting  

    発表年月: 2024年01月

  • P98: Proposal for Measurement of Anti Matter Reaction in Liquid Argon Time Projection Chamber

    Masashi Tanaka

    35th J-PARC PAC meeting  

    発表年月: 2023年01月

  • GRAMS-AM実験 2: 宇宙反物質粒子検出に向けた開発戦略

    田中雅士

    日本物理学会 第77回年次大会(2022年)  

    発表年月: 2022年03月

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 宇宙反重陽子探索にむけた液体アルゴン検出器による反粒子識別能力の原理検証

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)

    研究期間:

    2022年04月
    -
    2025年03月
     

    田中 雅士

  • 極低放射能技術の最先端宇宙素粒子研究への応用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)

    研究期間:

    2019年06月
    -
    2024年03月
     

    南野 彰宏, 田中 雅士, 池田 一得, 竹田 敦, 岩田 圭弘, 伊藤 主税, 市村 晃一

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    本研究では、本領域「地下宇宙」が成功するために優先して進めるべき次の4つのテーマを、他の計画研究班と連携しながら進める。1. 世界初の中性子バックグラウンドの体系的理解(計画研究A02、B01、B02班と連携)2. 水やキセノンガス中からのラドン除去(計画研究A01、B01、B02、C01班と連携)3. 低バックグラウンド材料の選定(計画研究A01、A02、B01、B02、C01、D02班と連携)4. データベースを用いた測定結果の国内外への発

  • 超微粒子原子核乾板と超解像飛跡解析法による方向感度を持った暗黒物質探索実験

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

    中 竜大, 久下 謙一, 田中 雅士, 吉田 斉, 長尾 桂子, 佐藤 修

     概要を見る

    本研究課題期間において、超微粒子原子核乾板(NIT)デバイスにおけるデバイスからデータ解析の一連のプロセスにおける実用化とその性能評価を行った。特に、地上での初の方向感度を持つ暗黒物質探索実験の実施、イタリア・グランサッソ研究所(LNGS)においてデバイス製造環境を構築し、低バックグラウンド環境での地下実験体制を構築した。地上実験において、10GeV/c2領域の暗黒物質の方向感度を含めた制限を初めて導出し、地下実験においては実験から解析までを実行できる一連の技術基盤の構築を行い、バックグラウンド含めた事象解析とその理解を進めた。また、中性子測定の実用化、さらに一連の技術に対する高度化を行った。

  • 高性能液体アルゴン検出器を用いた低質量暗黒物質探索

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

    田中 雅士

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    宇宙には「暗黒物質」と呼ばれる物質が通常の物質(銀河等)の「約5倍」存在することが天文学的な観測から示唆されているが、その正体は全くの謎である。この暗黒物質を直接検出することは現在の素粒子・宇宙物理学の最大の課題のひとつである。通常物質とほとんど反応しない暗黒物質を捉えるには最先端技術を用いた高感度検出器の開発が必要となる。本研究では液体アルゴン検出器の基礎特性を理解し、性能を向上させるための開発を進めたうえで、暗黒物質の探索実験を行った。

  • 原子核乾板による暗黒物質の検出 -グランサッソー地下における本格展開-

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

    中村 光廣, 中 竜大, 佐藤 修, 田中 雅士, 中野 敏行, 吉田 斉

     概要を見る

    超高解像度の原子核乾板により、宇宙の暗黒物質の衝突によって生じる~100nm長の反跳原子飛跡をとらえ、反跳方向の偏りを検出する事により、暗黒物質の直接検出を行う実験を推進している。
    本研究では、原子核乳剤製造装置を、LNGS地下に設置し、乳剤の製造・塗布・照射・現像を地下で一貫して行う体制を構築、低BGで背景事象の理解を進める。また並行して解析システム系の実装・運用を行い100 g級実験を遂行、世界初となる方向感度を持った探索による暗黒物質への制限を与えると共に、DAMA実験が信号を捕らえたとクレームしている領域をカバーする本格物理実験への課題を洗い出す。
    今年度は、LNGS地下で建設中のNEWSdm実験地下ファシリティの整備、低BG環境の構築を継続しておこなった。またグランサッソー地下へ持ち込む乳剤製造装置の制作・組み立てを名古屋でおこなった。
    中性子BGの計測関連では、HTS搭載による反跳飛跡検出アルゴリズムの高速化を図った。暗黒物質プロトタイプ実験に関しては、グランサッソー地下で10g規模の照射を行い現状のバックグラウンドレベルを測定した。また並行して信号/バックグラウンド選別に関して、過度の定着により、信号の飛跡は消滅するが、バックグラウンドは消えないことを確認し、この特徴を用いて逆に信号/バックグラウンドを選別するという手法を新たに発明し、方向性探索において世界最高感度を達成できる見込を得て、現在その評価を行っているところである。

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Misc

  • 14pSM-8 250L液体アルゴンTPC検出器の性能評価(14pSM ニュートリノ振動実験装置・ATLAS実験トリガー,素粒子実験領域)

    田中 雅士, 笠見 勝祐, 木村 誠宏, 小林 隆, 西川 公一郎, 長谷川 琢哉, 丸山 和純, 牧 宗慶, 吉岡 正和, 岡本 迅人, 長坂 優志, 永野間 淳二, 三谷 貴志, 寄田 浩平, 内藤 裕貴, 成田 晋也, Badertscher A., Curioni A., DiLuise S., Degunda U., Epprecht L., Esposito L., Gendotii A., Horikawa S., Knecht L., Lazzaro C., Lussi D., Marchionni A., Meregaglia A., Natterer G., Petrolo F., Resnati F., Rubbia A., Strabel C., Viant T.

    日本物理学会講演概要集   65 ( 2 ) 23 - 23  2010年08月

    CiNii

  • 21pBE-15 250L液体アルゴンTPC検出器の開発(21pBE ガス・液体飛跡検出器,素粒子実験領域)

    笠見 勝祐, 木村 誠宏, 小林 隆, 田中 雅士, 西川 公一郎, 長谷川 琢哉, 丸山 和純, 岡本 迅人, 長坂 優志, 三谷 貴志, 寄田 浩平, Rubbia Andre, Marchionni Alberto, Curioni Alessandro, Resnati Filippo, Lussi Devis, Horikawa Sousuke, Badertscher Andreas, Epprecht Lukas

    日本物理学会講演概要集   65 ( 1 ) 25 - 25  2010年03月

    CiNii

  • 11pSB-9 液体アルゴンTPC検出器の研究開発(1)(飛跡検出器,液体TPC,素粒子論領域)

    小林 隆, 田中 雅士, 西川 公一郎, 長谷川 琢哉, 丸山 和純, 岡本 迅人, 長坂 優志, 三谷 貴志, 寄田 浩平, Marchionni Alberto, Rubbia Andre

    日本物理学会講演概要集   64 ( 2 ) 24 - 24  2009年08月

    CiNii

  • 11pSB-10 液体アルゴンTPC検出器の研究開発(2)(飛跡検出器,液体TPC,素粒子論領域)

    小林 隆, 田中 雅士, 西川 公一郎, 長谷川 琢哉, 丸山 和純, 岡本 迅人, 長坂 優志, 三谷 貴志, 寄田 浩平, Marchionni Alberto, Rubbia Andre

    日本物理学会講演概要集   64 ( 2 ) 24 - 24  2009年08月

    CiNii

 

担当経験のある科目(授業)

  • Seminar on Problem Solving

    早稲田大学  

  • Research Design and Analysis

    早稲田大学  

  • Diversity and Multiculturalism in Research

    早稲田大学  

  • 物理学実験 / Physics Laboratory

    早稲田大学  

  • 力学 / General Physics A: Mechanics

    早稲田大学  

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社会貢献活動

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特定課題制度(学内資金)

  • 宇宙反物質粒子探索実験のための検出器シミュレーション構築

    2022年  

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    物質優勢の宇宙において、宇宙空間より地球に到来する宇宙線はその大部分が陽子などの物質粒子だが、ごくまれに反陽子などの反粒子が含まれている。この宇宙反粒子線を検出しその起源を理解する試みは素粒子・宇宙物理学にとっての大きな課題の一つである。特に質量より小さいエネルギーを持つ反重陽子線は、暗黒物質等の未知の反粒子源を探索するために有利となる。宇宙反粒子測定はBESS気球実験(超伝導磁石)およびAMS-02衛星実験(永久磁石)のように磁場中で飛跡を再構成することにより粒子電荷を特定する手法を用いて行われてきたが、申請者は近年発展の著しい液体アルゴン検出器の優れた飛跡・エネルギー再構成能力を生かして宇宙反粒子線識別を行う手法を新たに提案する。本研究では、検出器シミュレーションを構築することにより、宇宙反粒子線探索感度の評価および最適化を行った。

  • 光信号と電子信号の組み合わせによる究極の液体アルゴン検出器の開発

    2020年   寄田浩平, 荒牧嗣夫, Georgia Karagiorgi, 小高裕和, 井上芳幸, 木村眞人, 青山一天, 高嶋聡

     概要を見る

    液体アルゴン(Ar)検出器は粒子検出器として優れた性能を持ち最先端の素粒子実験において用いられている。具体的には「ニュートリノ・核子崩壊実験」および「暗黒物質探索実験」という異なる2つの分野において大きな成功を収めているが、これはそれぞれAr検出器の「電子読み出し」および「光読み出し」の長年にわたる開発の成果といえる。申請者は2012年より暗黒物質探索・光読み出しに特化した液体Ar検出器の高性能化に取り組んでおり、世界最大検出光量の達成等の成果を上げている。申請者は長年の開発の経験から「電子読み出し」と「光読み出し」の組み合わせによりいままでの常識を超える性能を持つ検出器の開発が可能であると考えており、本研究においてその原理実証を行った。研究成果をPhysical Review Dや国内の学会・研究会において公表した。

  • 暗黒物質探索用液体アルゴン検出器のための高性能電源開発

    2018年  

     概要を見る

    近年の宇宙観測や理論の発展により、宇宙には未知の物質(暗黒物質: Dark Matter(DM))が存在することは確実視されている。DMは通常の物質(銀河等)の「約5倍」存在するにも関わらず、その正体は全くの謎である。早稲田大学では液体アルゴンを標的とし暗黒物質の直接検出を目指すANKOK実験を進めているが、この実験にをいては液体アルゴン中に 1 kV/cm以上の電場印加する必要がありそのため電源の開発が重要な開発要素となっている。本研究ではそのためのCW回路を用いた高性能電源の開発を行った。