空気シャワーを計算する

CORSIKA（COsmic Ray SImulations for KAscade）は、 高エネルギーの粒子が大気に飛び込んだあと何が起きるかを、粒子1個ずつ追いかけて計算するプログラムです。 1989年に KASCADE 実験のために作られてから30年以上、世界中の宇宙線実験が標準的に使ってきました。 その全面書き直し版が CORSIKA 8 です。^[1]

なぜ「計算する」必要があるのか

宇宙線が大気の原子核とぶつかると、そこから雪崩のように粒子が増えていきます。これが空気シャワーです （宇宙線の基礎 5章）。 ところが私たちが地上で測れるのは、この巨大な雪崩のいちばん下の一断面—— しかも検出器が置いてある数 m² だけです。もとの宇宙線が 陽子だったのか鉄の原子核だったのか、エネルギーはいくつだったのか、どの高さで最初にぶつかったのか。 どれも直接は見えません。

そこで、「もし 100 TeV の陽子が垂直に飛び込んだら、地表にはどんな粒子が何個くるか」を計算機の中で先に作っておき、 実際の観測とつき合わせるという手順を踏みます。この「先に作っておく」役をするのがシミュレーションです。 宇宙線実験のエネルギー決定も、粒子の種類（質量組成）の推定も、検出器の設計も、 ほぼすべてがこの対応表の上に成り立っています。

シミュレーションの中で起きていること

設定項目の意味を理解するには、中で何が起きているかを先に押さえておくのが近道です。 空気シャワーは、大きく3つの成分に分かれて進みます。

• ハドロン成分が幹。ぶつかるたびに π 中間子を作って枝分かれし、シャワー全体を駆動します。-M（ハドロン相互作用モデル）が効くのはここ。
• 電磁成分が葉。π⁰ → γγ から始まる対生成と制動放射の連鎖で、粒子数の9割以上を占めます。計算時間の大半もここ。--emcut が効くのはここ。
• ミューオン成分が地上に届く主役。π± / K± の崩壊で生まれ、ほとんど何とも反応せずに地面まで到達します（宇宙線の基礎 7章）。

CORSIKA 7 と CORSIKA 8

論文でよく見る「CORSIKA」は、多くの場合 Fortran で書かれた CORSIKA 7 です。 CORSIKA 8 は 2018 年に始まった現代的な C++ による全面書き直しで、 大気だけでなく氷や岩の中のカスケード、媒質をまたぐシャワーまで扱えるように設計されています。^[1] CORSIKA 7 との比較検証では主要な観測量が数％以内で一致することが示されています。

この講座のやり方 —— ビルドしない

CORSIKA 8 はソースからビルドすると1〜2時間かかり、ディスクも 10〜20 GB 使います。 しかも失敗の大半はそのビルド区間で起きます。 シミュレーションを回して解析するだけなら、それは全部不要です。 公式が動作確認済みのバイナリを Apptainer コンテナ（.sif ファイル1個）で Zenodo に置いてくれているので、それを落として実行します。^[2]

全体の構図

登場するのは4つだけです。計算は WSL の中の Apptainer が回し、画面は Windows のブラウザで見ます。 Windows 側には（VS Code を除いて）何もインストールしません。 RustDesk のリモート環境（2章）では、この図の中身がすべて相手のマシンに用意済みで、使うのはブラウザの画面だけです。

やることの順番

道は2つあります。どちらを選んでも、シャワーを撃つのは同じブラウザのコンソールです。 迷ったら、まず RustDesk で1本撃ってみてください。

A —— RustDesk のリモート環境を使う

すでに環境構築済みの RustDesk というリモート環境を用意しました。 こちらのアドレスやパスワードを知りたい人は、メンター等に連絡して教えてもらうようにしてください。 接続先のデスクトップでは、ブラウザのコンソールが使える状態になっています。

1. RustDesk を入れる

   公式サイトから、自分の OS 用のクライアントを入れます（Windows / Mac / Linux いずれも可）。 rustdesk.com

2. メンターに聞いたアドレスとパスワードで接続する

   RustDesk を起動し、接続先の欄に教わったアドレス（ID）を入れて接続、パスワードを入力します。 相手側のデスクトップが表示されれば成功です。

3. ブラウザのコンソールを開く

   リモートのデスクトップにあるブラウザで、コンソールを開きます。 ヘッダのピルが緑なら、そのまま6章に進んでシャワーを撃てます。 見当たらないとき、ピルが赤いときは、自分で直そうとせずメンターに連絡してください。

B —— 自分の PC に入れる

3章（WSL2）→ 4章（Apptainer とコンテナ）→ 5章（解析環境とコンソール）の順に進めます。 どれも一度きりの作業で、終われば A と同じコンソールが自分の PC で動きます。

Windows PC のみ。所要 15 分（再起動を含む）。すでに WSL2 で Ubuntu が動いている人は4章へ。 Mac / Linux をお使いの場合はこの章を飛ばし、4章の Apptainer 導入から始めてください。

1. Ubuntu 22.04 を入れる

   PowerShell を管理者として実行し、バージョンを明示して入れます。

   wsl --install -d Ubuntu-22.04

   すでに WSL を使っている場合は、既定を WSL2 にしてから追加します。

   wsl --set-default-version 2
   wsl --list --online          # 入手できるディストリビューションの一覧
   wsl --install -d Ubuntu-22.04

   終わったら Windows を再起動。再起動後に Ubuntu が自動で立ち上がり、 ユーザー名とパスワードを聞かれます。このパスワードは以降 sudo のたびに使うので忘れないでください。

   🤔 なぜ 22.04 を名指しするのか

   wsl --install をバージョン指定なしで打つと最新の LTS が入ります。 コンテナ方式ならホスト側の Ubuntu バージョンの影響はほぼ受けませんが、 CORSIKA 8 の CI が回っているのは 22.04 系で、将来ソースビルドに手を出すときも 22.04 が一番揃っています。 Apptainer の PPA も 22.04 で素直に通ります。

2. メモリとディスクの上限を決めておく

   WSL は既定でホスト搭載メモリの 50% まで使います。ここを明示しておくと、 あとで「突然 Killed される」系のトラブルを避けられます。Windows 側で %UserProfile%\.wslconfig を作ります。

   [wsl2]
   memory=8GB
   swap=8GB
   processors=4

   数値は搭載メモリとコア数に合わせてください。目安は memory ＝ 搭載量の 50〜70%。 編集したら PowerShell で wsl --shutdown を実行し、Ubuntu を開き直すと反映されます。

3. ここまでの確認

   wsl -l -v                    # NAME=Ubuntu-22.04 / VERSION=2 になっていること

   lsb_release -a               # Ubuntu 22.04.x LTS
   free -h                      # .wslconfig の memory / swap が効いていること
   df -h /                      # 空きが 5 GB 以上あること

1. 公式 PPA から Apptainer を入れる

   sudo apt-get update
   sudo apt-get install -y software-properties-common wget
   sudo add-apt-repository -y ppa:apptainer/ppa
   sudo apt-get update
   sudo apt-get install -y apptainer

   Debian や、PPA が使えない環境では、公式リリースの .deb を直接入れます。

   cd /tmp
   wget https://github.com/apptainer/apptainer/releases/download/v1.5.3/apptainer_1.5.3_amd64.deb
   sudo apt-get install -y ./apptainer_1.5.3_amd64.deb

   バージョン番号は GitHub の Releases で最新を確認してください。RHEL / Rocky / AlmaLinux 系には EPEL に apptainer の RPM があります。 導入手順の正典は Apptainer Admin Guide — Installation です。

   apptainer --version

   バージョンが表示されれば成功です。

   ⚠️ user namespace のエラーが出たら

   WSL2 のカーネルは非特権 user namespace が有効なので通常は起きませんが、 Failed to create user namespace のようなエラーが出る環境では setuid 版に切り替えます。

   sudo apt-get install -y apptainer-suid

2. Linux 側のホームに作業場所を作る

   mkdir -p ~/corsika8
   cd ~/corsika8

   🚫 重要 —— /mnt/c/... の下では作業しないこと

   WSL から Windows 側ドライブ（/mnt/c）へのアクセスはファイル I/O が桁違いに遅く、 パーミッションの扱いも Linux とは違います。.sif の置き場所も、シャワーの出力先も、 必ず Linux 側のホーム（~/ ＝ /home/<ユーザー名>）にしてください。 Windows のエクスプローラからは \\wsl.localhost\Ubuntu-22.04\home\<ユーザー名>\ で普通に開けます（ディストリ名は wsl -l -v に出る名前に読み替え）。

3. Zenodo からコンテナをダウンロード

   wget -c -O corsika8-icrc2025.sif \
     "https://zenodo.org/records/18195386/files/corsika8-icrc2025.sif?download=1"

   -c を付けておくと、途中で切れても同じコマンドで続きから再開できます。 配布元は Zenodo record 18195386 （CORSIKA 8, icrc2025-beta2, 2026-04-01 公開, DOI 10.5281/zenodo.18195386）。 GitLab の Releases ページからも辿れます（アカウント登録は不要）。

   ブラウザで落とした場合は Linux 側へ移してください。

   mv /mnt/c/Users/<Windowsユーザー名>/Downloads/corsika8-icrc2025.sif ~/corsika8/

4. 壊れていないか確かめる

   2.5 GB のダウンロードは静かに途中で切れることがあります。公開されている MD5 と突き合わせてください。

   cd ~/corsika8
   ls -lh corsika8-icrc2025.sif
   md5sum corsika8-icrc2025.sif

   項目	期待値
   サイズ	約 2.5 GB（ls -lh で 2.4G 前後）
   MD5	79ad7707ef31009bb132c0e0ff2bc836

   この MD5 は Zenodo のレコードに記載されている値です。一致しなければダウンロードのやり直し。 ここで確認しておかないと、あとで出る不可解なエラーの原因がここだったと気づくのに時間を溶かします。

5. コンテナの中身を覗く

   apptainer inspect corsika8-icrc2025.sif              # ラベル・ビルド日時
   apptainer inspect --runscript corsika8-icrc2025.sif  # run で何が起動するか
   apptainer exec corsika8-icrc2025.sif ls /opt         # インストール先の確認

   --runscript の出力に c8_air_shower が現れれば、 apptainer run でそのままシミュレーションが起動する構成です。ここまで通れば CORSIKA 8 の導入は完了で、 あとは5章でコンソールを入れれば準備が終わります。

   🧰 この .sif 1個に何が入っているか

   実機で中を確認すると、CORSIKA 8 本体（/opt/corsika8/install/bin/c8_air_shower）のほかに、 低エネルギーのハドロン相互作用を担当する FLUKA 2025.1.3、 崩壊とハドロン化を担当する Pythia 8.315、τ 崩壊の TAUOLA C++ 1.1.8、 そして電磁カスケードを担当する PROPOSAL の物理テーブル （/opt/corsika8/src/modules/data/PROPOSAL に 1142 ファイル・194 MB）が同梱されていました。 テーブルが事前生成済みなので、既定のカット値なら初回から待ち時間なしで走ります。

ローカルの人だけ。所要 10 分。RustDesk の人は6章へ。

長いコマンドを毎回組むかわりに、フォームで設定してボタンで回せるコンソールを使います。 実行・中止・ログ・履歴・プロットまでブラウザで完結します。 加速キッチンが GitHub で公開しているので、WSL の中に git clone して起動するだけです。^[15] サーバ本体は Python 3 の標準ライブラリだけで書かれていますが、 プロットを作るときに解析用の Python 環境 ~/venv/corsika8 を裏で呼ぶので、先にそちらを用意します。

1. venv を作る

   sudo apt-get install -y python3 python3-pip python3-venv git
   python3 -m venv ~/venv/corsika8
   source ~/venv/corsika8/bin/activate

   💡 venv はターミナルを開くたびに読み込む

   毎回 source ~/venv/corsika8/bin/activate が必要です。忘れがちなら ~/.bashrc の末尾に書いておくと自動化できます。 Ubuntu 23.04 以降ではシステム Python への pip install が PEP 668 で拒否されるので、 venv は推奨ではなく実質必須です。

2. 読み出しライブラリを入れる —— コンテナと同じバージョンで

   Zenodo には .sif と一緒に、同じリリースのソース corsika-icrc2025.tar.gz（3.8 MB）が置いてあります。 読み出しライブラリはこちらから入れるのが安全です。 main ブランチから入れるとコンテナ（icrc2025-beta2）と世代がずれる可能性があります。

   cd ~/corsika8
   wget -O corsika-icrc2025.tar.gz \
     "https://zenodo.org/records/18195386/files/corsika-icrc2025.tar.gz?download=1"
   tar -xf corsika-icrc2025.tar.gz     # 展開先は corsika-icrc2025/
   
   source ~/venv/corsika8/bin/activate
   pip install ./corsika-icrc2025/python

   pip 上のパッケージ名は corsika（corsika8 ではありません）。 依存する numpy / pyyaml / pyarrow / pandas / particle も一緒に入ります。

   解析側のライブラリもまとめて入れます。

   pip install pandas numpy matplotlib boost_histogram mplhep particle jupyterlab

   公式のチュートリアルとサンプルが使うのはこの一式です。

3. コンソールを取ってくる（一度だけ）

   まず git があることを確かめます。

   sudo apt-get install -y git   # 入っていなければ
   git --version

   置き場所は ~/corsika8 の下にします。.sif や runs/ と同じところにまとまり、 あとで消したくなったらこのディレクトリごと消すだけで済みます。

   cd ~/corsika8
   git clone https://github.com/accel-kitchen/corsika-simulation-console.git
   cd corsika-simulation-console
   ls

   README.md  assets  index.html  plot_shower.py  server.py

   これで全部です。ビルドも pip install もありません。中身はこうなっています。

   表5-1　取ってきたものの中身

   ファイル	役割
   server.py	本体。apptainer の起動・ログの受け渡し・中止・削除・プロット生成を受け持つ。Python 3 の標準ライブラリだけで書かれている
   index.html	画面そのもの。ブラウザが読むのはこの1枚
   plot_shower.py	作図。CORSIKA 8 の Parquet を読んで図と CSV にする。コンソールを使わず単体でも動く
   assets/	フォームの組み立てとオプション定義（app.js / app.css / options.js）
   README.md	必要なもの・既定のパス・環境変数。この章と同じことが手短にまとめてある

   🔄 更新するとき

   コンソールは手が入り続けます。この講座の説明と画面が食い違うと感じたら、まずこれを実行してください。

   cd ~/corsika8/corsika-simulation-console
   git pull

   📛 このリポジトリのライセンスは未定です

   手元で使う分にはかまいませんが、再配布や改変版の公開を考えているなら先に確認してください。 なお CORSIKA 8 本体は BSD 3-Clause、.sif に同梱されている FLUKA は独自ライセンスで、 こちらはコンソールとは別の話です。

4. WSL 側でサーバを起動する

   cd ~/corsika8/corsika-simulation-console
   python3 server.py

   こう出れば起動しています。このターミナルは開いたままにしておきます（閉じるとサーバも止まります）。

   CORSIKA 8 Console  →  http://localhost:8765
     .sif       : /home/<ユーザー名>/corsika8/corsika8-icrc2025.sif  (OK)
     apptainer  : apptainer version 1.5.3
     runs       : /home/<ユーザー名>/corsika8/runs
     同時実行数 : 2（環境変数 C8_MAX_CONCURRENT で変更）
     Ctrl+C で停止（実行中のシミュレーションは止まらずに続きます）

   ターミナルを占有したくない場合や、閉じても動かし続けたい場合は tmux の中で起動するか、バックグラウンドへ回します。

   mkdir -p ~/corsika8/logs
   cd ~/corsika8/corsika-simulation-console
   nohup python3 server.py > ~/corsika8/logs/console.log 2>&1 &
   tail -f ~/corsika8/logs/console.log     # 様子を見る（Ctrl+C で見るのをやめるだけ）

   同時に走らせる本数の上限は既定で 2 本です。CPU に余裕があるなら C8_MAX_CONCURRENT=4 python3 server.py のように環境変数で増やせます。 上限を超えた分は捨てられるのではなく、順番待ちになります。

5. Windows のブラウザで開く

   Edge でも Chrome でもかまいません。アドレスバーに次を入れるだけです。

   http://localhost:8765

   8765 番が他とぶつかるなら python3 server.py 8080 のように起動時に変えられます （ブラウザ側の番号も同じだけ変えてください）。

   画面上部のヘッダのピルがすべて緑になっていれば準備完了です。 使い方は6章で説明します（赤いときは下の表5-2）。

   🌉 なぜ localhost で WSL の中に届くのか

   WSL2 にはポート転送が入っていて、WSL 内で 127.0.0.1 の待ち受けが立つと、 Windows 側の同じポートに自動で橋渡しされます。設定は要りません。

6. PowerShell から一発で立ち上げる

   毎回 WSL のターミナルを開くのが面倒なら、Windows 側から直接起動できます。

   wsl -d Ubuntu -- bash -lc "cd ~/corsika8/corsika-simulation-console && python3 server.py"

   -d に渡すのはディストリビューション名です。wsl -l -v で確認してください（既定のままなら Ubuntu）。 ショートカット化するなら、次の2行を corsika-console.bat という名前でデスクトップに保存します。

   start "" http://localhost:8765
   wsl -d Ubuntu -- bash -lc "cd ~/corsika8/corsika-simulation-console && python3 server.py"

   ブラウザのほうが先に開くので、最初は「接続できません」と出るかもしれません。数秒待って再読み込みしてください。 閉じるときはこの黒い窓で Ctrl+C。

7. 出力ファイルを Windows から開く

   コンソールの実行結果は ~/corsika8/runs/<実行名>/ に入ります。エクスプローラのアドレスバーに次を入れれば開けます。

   \\wsl.localhost\Ubuntu\home\<ユーザー名>\corsika8\runs

   Ubuntu の部分は wsl -l -v に出る名前に読み替えてください。 読み出しは問題ありませんが、シミュレーションの出力先を /mnt/c/... にするのは避けてください（4章）。

8. 止める

   サーバを起動したターミナルで Ctrl+C。nohup で回した場合は次のとおりです。

   pkill -f 'python3 server.py'

   🏃 サーバを止めてもシミュレーションは止まりません

   実行中のシャワーはサーバとは別のプロセスとして走り続けます。次にサーバを起動すれば、履歴にちゃんと結果が並びます。 走っているものを本当に止めたいときは、コンソールの「中止」ボタンを使ってください。

サーバは 127.0.0.1 にしか待ち受けを作りません。同じ PC のブラウザからは見えますが、LAN の他のマシンからは見えない設定です。

ここからは RustDesk でもローカルでも同じです。画面の見方を押さえて、1 TeV の陽子を1本撃ちます。

1. 画面の全体

   ブラウザで開くと、次の画面になります。左が設定、右がコマンドとログ、 下へスクロールすると「まとめて流す」「プロット設定」「実行履歴」が続きます。 以下、上から順に1つずつ見ていきます。

   

2. ヘッダ —— 状態ピルで準備を確かめる

   

   右上の4つの「ピル」は、コンソールが計算を始められる状態かどうかを表しています。まずここを見る習慣を付けてください。

   表6-1　状態ピルの読み方

   表示の例	意味	赤・黄のとき
   サーバ接続中	画面の裏のサーバ（server.py）と通信できている	サーバ未接続 になり、画面上部に黄色い帯が出る。実行ボタンは押せない
   .sif 2.53 GB	CORSIKA 8 のコンテナが所定の場所にあり、その大きさ	.sif 無し。ローカルなら4章のダウンロードを確認
   apptainer 1.4.5	Apptainer が見つかり、そのバージョン	見つからない。ローカルなら4章の導入を確認
   空き 37.73 GB · runs 0 B	ディスクの空き容量と、これまでの出力の合計サイズ	空きが 5 GB を切ると黄色になる。不要な実行を削除する

   RustDesk の環境でピルが赤・黄のときは、自分で直そうとせずメンターに連絡してください。 ローカルの場合は5章の表5-2 も参照してください。

3. シミュレーション条件 —— 変えられない前提

   ヘッダのすぐ下の帯「シミュレーション条件」を押すと開きます。

   

   表6-2　固定されている条件

   項目	表示	意味
   大気モデル	US-Std (Keilhauer)	米国標準大気。高さごとの空気の密度がこれで決まり、スラント深さ X の換算にも効く
   地磁気	uniform 50 µT along +x	どこでも同じ 50 µT の磁場が +x 向き。実際の場所の地磁気（WMM）は読み込まれるが使われていない
   屈折率	1.000327	空気の屈折率。電波（--ring）の計算にだけ使う
   プロファイルのビン幅	10 g/cm²	縦方向発達（9.1）を数える深さの刻み
   電波観測点	ring N = single ring at N×25 m, 8 azimuths	--ring N を指定すると、コアから N×25 m の円周上 8 方向に観測点が置かれる（8.5）
   電波の時間窓	400 ns @ 1 GHz	電波波形を記録する長さとサンプリング

   🔒 結果の解釈に直結するので、記録に残します

   たとえば「地磁気が一様 50 µT」という前提は、ミューオンの曲がり方や電波の強さに効きます。 コンソールは実行のたびにこの条件を記録し、図にも書き込むようにしてあります。 レポートや発表でも必ず書いてください（12章）。

4. プリセット —— よく使う設定を一発で入れる

   

   表6-3　はじめから入っているプリセット

   名前	入る設定	目安
   1 TeV 動作確認	陽子・1 TeV・鉛直・1 本	十数秒。最初の1本はこれ
   鉄核 30°	鉄（Z=26, A=56）・100 TeV・天頂角 30°・10 本	数時間かかる
   スペクトル	陽子・1〜100 TeV を E−2.7 で抽選・100 本	長い。宇宙線スペクトルに近い混ぜ方
   軽量	陽子・100 TeV・--emcut 1e-2・5 本	電磁成分のカットを上げて速くした版。低エネルギーの成分は落ちる（8.1）

   • 実行名と乱数種は、プリセットを押しても変わりません。種はプリセットに含まれない設計です。
   • 現在の設定を保存：いまのフォームの内容に名前と説明を付けてプリセットに加えます（種は保存されません）。
   • 整理：番号を指定してプリセットを消します。
   🤝 RustDesk の環境では、プリセットは全員で共有です

   保存・整理した結果は他の人の画面にも反映されます。他の人が作ったプリセットは消さないでください。

5. フォーム① —— 一次粒子・エネルギー・到来方向

   

   一次粒子

   「粒子（PDG）」と「原子核（Z / A）」を切り替えます。粒子はプルダウンで選ぶと、右の欄に PDG コード（陽子 2212、光子 22 など）が入ります。 右の数字が実際にコマンドへ渡る値で、直接打ち込むこともできます。 原子核は原子番号 Z（0〜26）と質量数 A（1〜58）で指定します。鉄なら Z=26, A=56。→7.1

   エネルギー

   「単一エネルギー」では一次エネルギーを GeV 単位で入れます。1e3 が 1 TeV（十数秒）、1e5 が 100 TeV（40 分前後）。 「範囲からサンプリング」では下限・上限・べき指数 eslope を入れると、本数ぶんのエネルギーが E^eslope の分布から抽選されます。→7.2

   天頂角・方位角

   度で入れます。天頂角 0 が真上から、90 が真横から。方位角は 0〜360。→7.3

6. フォーム② —— 出力（実行名・本数・乱数種）

   実行名（出力ディレクトリ名）

   結果を入れるフォルダの名前です。開いた時点では run_20260923_2318 のように日時から自動で付きます。 使えるのは英数字と _ . - だけ（日本語は不可）で、既にある名前は使えません。 RustDesk の共用環境では yamada_p1tev のように自分の名前を入れておくと、履歴で見分けられます。

   シャワー本数 N

   同じ設定で何本撃つか。時間は本数に比例して伸びます。

   乱数種

   開いた時点で大きな数が自動で入っています。同じ種・同じ設定なら同じシャワーが再現できるので、この値は記録に残してください。 横の ↻ で振り直せます。0 は「固定の種」ではなく「毎回ランダム」の意味なので、入れないでください。→8.6

   ログの詳細度

   warn / info（既定）/ debug / trace。ふだんは info のままで十分です。

   出力を tarball に固める／相互作用ヒストグラムを出さない

   出力を小さくしたいときのチェック。最初は付けなくてかまいません（11章）。

   🔁 「実行」を押すと、実行名と種は次の1本用に振り直されます

   同じ名前・同じ種で二重に投入してしまう事故を防ぐためです。 押した直後にフォームの実行名と種が変わっていても、投入した実行はその前の値で走っています（履歴で確認できます）。

7. フォーム③ —— 詳しい設定の折りたたみ

   フォームの下の3つの帯は、押すと開きます。表示されている値は既定値で、変えなければコマンドにも出てきません。 ラベルの横の灰色の数字は入力できる範囲です。各項目の物理的な意味は8章で1つずつ説明します。

   

   

   

8. コマンド —— 入力がそのまま命令文になる

   

   • コマンド欄：いまのフォームの内容を apptainer run … の命令文にしたものです。 既定値から変えた項目だけが並ぶので、図の例には天頂角 0（既定値）の -z が出ていません。 「コピー」で写し取れるので、実験ノートに貼っておくと設定の記録になります。
   • 見積り：「1 本あたり約 14 秒」のような目安です。1 TeV で 14 秒、100 TeV で 39 分という実測から大まかに外挿しているだけなので、 桁が合っているかの確認に使ってください。
   • 実行／中止：実行はすぐ始まります。中止は、実行中や順番待ちの実行を止めます（確認あり）。
   • 終わったら通知：チェックすると、終わったときにブラウザの通知が出ます（初回は通知の許可を聞かれます）。

   入力が範囲の外だと、その欄が赤くなり、コマンド欄の下にエラーの一覧が出て、実行ボタンが押せなくなります。

   

   💡 入力できる範囲は --help の出力が「正」です

   フォームの範囲と、この講座の7章・8章の表は、配布 corsika8-icrc2025.sif （icrc2025-beta2）で実際に --help を実行し、その出力と突き合わせたものです（2026-09-04 確認）。 公式ドキュメントは main ブランチ基準で書かれているため、 配布 beta 版とは選択肢が一致しないことがあります（実例は8.2）。

9. 最初の1本を撃つ

   ここまでの説明どおりに、次の手順で1本撃ってみます。

   1. プリセット「1 TeV 動作確認」を押す（陽子・1 TeV・鉛直・1 本が入る）
   2. 実行名を test_自分の名前 にする（英数字で）
   3. 乱数種を 2026 にする
   4. コマンド欄が … -p 2212 -E 1e3 -N 1 -s 2026 … になっていることを確かめて「実行」

   表6-4　最初の1本の設定

   項目	値	コマンド上の表記と意味
   一次粒子	陽子	-p 2212。PDG コード 2212（→7.1）
   エネルギー	1e3 GeV	-E 1e3。1000 GeV ＝ 1 TeV（→7.2）
   天頂角	0	既定値なので表記なし。鉛直入射（→7.3）
   本数	1	-N 1。シャワー1本
   乱数種	2026	-s 2026。同じ種なら同じ結果を再現できる（→8.6）
   実行名	test_名前	-f …/runs/test_名前。出力ディレクトリ

   ⏱️ 既定のカット値なら数十秒で終わります

   PROPOSAL の物理テーブルがコンテナに同梱済みなので、既定のカット値であれば初回からテーブル生成は走りません。 実測では 1 TeV 陽子・鉛直・1本が約 14 秒で完了しました。

   ただし --emcut に同梱テーブルと違う値を渡した場合は、その値用のテーブルが新たに生成され、 初回は長時間無反応になる可能性があります。カット値を変えて長く止まったら、フリーズではないので待ってください。

10. ログ —— 計算の実況を見る

    実行すると、右下の「ログ」に CORSIKA 8 の出力が 1 秒ごとに追記されます。 見出しの横には、いま表示している実行名が出ます。過去の実行のログは、履歴の「ログ」ボタンで呼び出せます。

    • 絞り込み：正規表現で行を絞ります。seed と入れれば実際に使われた乱数種の行、Shower で何本目を計算中かが拾えます。× で解除。
    • 保存：ログ全文をファイルとしてダウンロードします。
    • 追従：チェック中は、新しい行が来るたびにいちばん下までスクロールします。途中を読みたいときは外します。

    履歴の状態が「完了」になれば成功です。 「失敗」になったときは、ログの最後の数行が原因の手がかりです（11章）。

11. まとめて流す —— 種だけ変えて何本も

    

    1本のシャワーだけで物理を語ってはいけません（9.5）。同じ条件で種だけ変えた複数本を流すのがこの機能です。 上のフォームの設定のまま、「本数」だけ実行が作られ、名前は 実行名_001、_002…、 種は「開始の種」から「種の刻み」ずつ増えていきます。 同時に走るのは上限（既定 2 本）までで、残りは自動で順番待ちになります。

12. 実行履歴 —— 結果の一覧

    

    表6-5　履歴の列

    列	中身
    （チェック）	比較に使う実行を選ぶ。完了した実行だけ選べる
    名前	実行名。下にメモとタグが出る。「手動」と付くのはコンソール以外で作られた実行
    一次粒子・エネルギー・天頂角	何を撃ったか。原子核は Fe-56 核 のように出る
    種	実際に使われた乱数種
    状態	順番待ち／実行中／完了／失敗／中止。実行中は所要の欄に進捗バー（何本目か）が出る
    所要	かかった時間
    地表の粒子	観測面に届いた粒子数。括弧内は電磁成分（em）とミューオン（μ）の内訳
    サイズ	出力の大きさ
    操作	ログ／プロット（再生成）／表示・閉じる／再実行／DL／メモ／中止／削除

    履歴は 3 秒ごとに自動で更新されます。

13. プロット設定と図の生成

    履歴の「プロット」を押すと、その実行の図が作られ、行が展開されて図が並びます（図の読み方は9章）。 どんな図をどう描くかは、履歴の上の「プロット設定」を開いて決めます。設定は次に「プロット」「再生成」を押したときに効きます。

    

    作る図

    8 種類から選びます。既定は「縦方向発達 N(X)」「地表の足跡」「横方向分布」「3D 全体図」の4つ。 ほかに「エネルギー損失 dE/dX」「生成点プロファイル」「最初の相互作用」「3D（発達部分に寄る）」があります。

    粒子種

    光子／e⁻ + e⁺／μ±／ハドロン。既定ではハドロンだけ外れています。

    数値の書き出し

    チェックすると、図に使った数値を CSV でも出します。9章の読み取りを自分の手で確かめたいときに。

    地表の足跡

    表示範囲（パーセンタイル、既定 97）。小さくすると中心部を拡大します。範囲から外れた粒子の数は図に書き込まれます。

    横方向分布

    内側の打ち切り半径（既定 1 m）、ビン数（13）、ビンに最低何個の粒子が要るか（3）。→9.3

    軸

    各図の縦軸・横軸の対数／線形と、縦方向発達の X の範囲（空欄なら自動）。

    画像・3D

    解像度（dpi）・大きさ・形式（PNG / PDF / SVG）・点の大きさと透明度、3D 図の視点（仰角・方位角）・高度の上限・到達方向の線の本数。

    展開した行にはメモとタグの欄もあります。「何のために回したか」を書いて「保存」すると、履歴の名前の下に出ます。 実験ノートの代わりになるので、毎回書く習慣を付けてください（12章）。

14. 比較 —— 条件を変えた実行を重ねる

    履歴の左端のチェックを2 件以上入れると、右上のボタンが「選択した N 件を比較」になります。 押すと、選んだ実行を1枚に重ね描きした図が履歴の下に出ます。 陽子と鉄核、鉛直と斜め入射のように条件を1つだけ変えた実行を並べると違いがはっきり見えます（7章の「まず試すならこの4本」）。

15. 再実行・DL・削除

    

    • 再実行：その実行の設定をフォームに読み込みます。種は振り直され、実行名も新しくなるので、そのまま「実行」すれば「同じ条件の別の1本」になります。少しだけ条件を変えて比べたいときも、ここから始めると楽です。
    • DL：出力一式を tar.gz で自分の PC にダウンロードします。RustDesk の環境からは、リモート先のブラウザのダウンロード先に保存されます。
    • 削除：出力とログを消します。消える容量が表示され、元に戻せません。消せるのはコンソールで作った実行だけです。
    🤝 共用の環境では、他の人の実行を消さない

    RustDesk の環境の履歴には全員の実行が並びます。自分のもの以外の「削除」「中止」は押さないでください。

16. 出力の中身

    ローカルの場合、ファイルそのものは ~/corsika8/runs/<実行名>/ にあります（→5章）。 出力は Apache Parquet 形式（列指向のデータ形式）で、内容ごとにサブディレクトリに分かれます。 各ディレクトリには必ず config.yaml（設定と単位）と summary.yaml（実行結果の要約）が付きます。 単位の定義は config.yaml に書いてあるので、自分で図を描くときは必ずそこを見てください。 出力の公式解説

    表6-6　既定設定（--ring 0）で実際に出てくるもの

    ディレクトリ / ファイル	中身
    profile/profile.parquet	縦方向発達（longitudinal profile）。最初に見るのはここ（→9.1）
    production_profile/	生成点ベースの縦方向発達。「そこに居た数」ではなく「そこで生まれた数」
    particles/particles.parquet	観測面に到達した粒子。足跡と横方向分布の材料（→9.2）
    energyloss/dEdX.parquet	大気中でのエネルギー損失の分布。蛍光望遠鏡が見ているのは実質これ
    interactions/	相互作用の記録。第一相互作用の高さなどが取れる
    interaction_hist/	相互作用ヒストグラム。.npz 形式。「相互作用ヒストグラムを出さない」で止められる
    primary/	一次粒子の情報（config.yaml と summary.yaml のみ）
    CoREAS/, ZHS/	電波放射。--ring 0（既定）では観測点が無いので中身は空（→8.5）
    config.yaml / summary.yaml	実行時の設定・バージョン・実際に使われた乱数種・所要時間などのメタデータ
    plots/	コンソールで作った図（と CSV）

    🧭 飛跡（tracks）は出ません

    粒子の飛跡出力は icrc2025-beta2 の c8_air_shower では有効になっておらず、 tracks ディレクトリは作られません。出力が巨大化する主因は本数とエネルギーです。

    🎉 ここまで来れば準備は終わりです

    あとは7章・8章で「何をどう変えられるか」を覚え、 9章で出てきた図を読みます。

ここからが本題です。c8_air_shower の引数は「何を撃つか」と「どう計算するか」に分かれます。 この章は前者 —— 一次粒子・エネルギー・到来方向・ジオメトリ。 それぞれの数字が物理的に何を意味するのかまで踏み込みます。

7.1　一次粒子 —— 何が飛び込んでくるか

7.2　エネルギー —— どれくらいの勢いか

7.3　到来方向 —— どちらから来るか

7.4　ジオメトリ —— どこからどこまで

こちらは「物理そのもの」ではなく、どこまで真面目に計算するかを決める設定です。 計算時間・ファイルサイズ・結果の正しさが、ここで一気にトレードオフになります。 論文に書くときに必ず報告しなければならないのは、この章の値です。

8.1　カット —— どこで追うのをやめるか

シャワーの中の粒子はどんどんエネルギーを失っていきます。 エネルギーが十分低くなった粒子まで律儀に追いかけると計算が終わらないので、 「この運動エネルギーを下回ったら追跡をやめる」という下限を決めます。これがカットです。

8.2　物理モデル —— どの理論で衝突を解くか

ここがシミュレーションでもっとも「不確かさ」を含む部分です。 陽子と窒素原子核が 100 TeV でぶつかったとき何個の π が出るか—— これは第一原理から計算できず、加速器実験のデータに合わせた現象論モデルで扱うしかありません。 公式：Interaction Models

8.3　追跡の精度

8.4　間引き（thinning）—— 全部は追えないとき

10¹⁹ eV の宇宙線は 10¹¹ 個規模の粒子を作ります。1個ずつ追うのは不可能です。 そこで「代表を選んで、選ばれた粒子に重みを付ける」という手を使います。 A. M. Hillas が 1981 年に提案した方法で、いまも標準的に使われています。^[6]

8.5　電波観測点（--ring）

8.6　実行の制御と再現性

ここからが、この講座でいちばん大事な部分です。 以下はすべて 100 TeV の陽子を鉛直に1本撃った結果（-s 2026、実行時間 39 分 25 秒、 地表に届いた粒子 14,199 個）。図の形ひとつひとつに、ちゃんと物理の理由があります。

9.1　縦方向発達 —— シャワーの一生

横軸はスラント深さ $X$ —— 大気を突き抜けてきた物質量（g/cm²）。鉛直入射なら地表がおよそ 1030 g/cm² です。 高度[km]ではなく物質量で測るのは、粒子にとって「どれだけ物質と出会ったか」が本質だからです。 縦軸はその深さに存在した粒子数。

• 光子がいちばん多く、次が e⁻+e⁺ —— 空気シャワーの粒子数の大半は電磁成分です。光子が電子・陽電子を数倍上回るのは、電子は電離損失でどんどんエネルギーを失って止まってしまうのに対し、光子は相互作用するまでの距離が長く、低エネルギーでも生き残りやすいからです（対生成の平均自由行程は放射長の $9/7$ 倍）。
• 山の頂上が $X_{\max}$ —— シャワーがもっとも育った深さ。一次粒子の種類とエネルギーで決まるので、宇宙線の正体を推定する主要な観測量です。
• ミューオンだけ減らない —— 電磁成分が急激に減衰しても、μ はほぼ平らなまま地表まで届きます。これが地上でミューオンばかり観測される理由です。

なぜ山ができるのか —— Heitler モデル

この山の形は、驚くほど簡単なモデルで説明できます。^[3]

電磁カスケードでは、光子が対生成で $e^+e^-$ になり、電子が制動放射で光子を出す—— という「1個が2個になる」過程がくり返されます。 空気の放射長を $X_0 = 36.6$ g/cm² とすると、粒子数は深さ $d = X_0\ln 2 \approx 25$ g/cm² ごとに倍になるので、

1粒あたりのエネルギーが空気の臨界エネルギー $\xi_c \approx 85$ MeV （電離損失が制動放射に勝ちはじめる境目）を切ると、粒子はもう新しい粒子を作れず、増加が止まります。ここが山の頂上です。

• 粒子数はエネルギーに比例する —— $N_{\max}\propto E_0$。だから地表の粒子数からエネルギーを測れます。空気シャワー実験のエネルギー決定はこの関係が土台です。
• $X_{\max}$ はエネルギーの対数で深くなる —— エネルギー10倍で $X_{\max}$ は一定量だけ深くなります。この「10倍あたりの増分」を伸長率elongation rate。dXmax/dlog10(E)。純粋な電磁シャワーなら X₀ln10 ≈ 84 g/cm²/decade、ハドロンシャワーでは 55〜60 g/cm²/decade 程度。といい、実測では 55〜60 g/cm²/decade です。本書の実測でも 1 TeV 陽子で約 250、100 TeV 陽子で約 450 g/cm² と、2桁で約 200 g/cm² 深くなっています。
• 重い原子核ほど浅い —— 5.1 で見たとおり $X_{\max}^{A} \simeq X_{\max}^{p} - X_0\ln A$。鉄なら約 150 g/cm² 浅くなります。

9.2　地表の足跡 —— シャワーが地面に描く模様

観測面に到達した粒子の $x$, $y$ をそのまま撒いた図です。単位は m （particles/config.yaml の units に書いてあります）。 地表アレイ型の実験（Telescope Array、Pierre Auger、そして教室に置く検出器も）が見ているのは、この図の一部分だけです。

• 中心に密集し、外へ行くほど疎 —— シャワーの広がりを決めているのは、電子の多重クーロン散乱物質中で荷電粒子が原子核のクーロン場によって少しずつ向きを変えられる現象。個々の散乱角は小さいが、積み重なって横方向の広がりを生む。です。この広がりの目安がモリエール半径で、海面付近の空気ではおよそ 70〜80 m、シャワー最大付近の高度（数 km、空気が薄い）では 100 m を超えます。
• 光子（青）がもっとも広く散る —— 電磁成分は散乱をくり返すので横に広がります。密度そのものはどの半径でも光子が最大です。
• ミューオン（緑）はコア付近に集中 —— μ は大気とほとんど反応せず、生まれた向きにほぼ直進するからです。
• 数個だけ極端に遠くへ飛ぶ —— 高エネルギーのミューオンです。そのまま描くと中心がつぶれるので、パーセンタイルで切って外れた個数を副題に出す、という処理を入れています。「切った」ことを図に明記するのは、データ可視化の基本作法です。

9.3　横方向分布（LDF）—— 密度をどう測るか

足跡を、コアからの距離 $r$ でリング状に区切り、各リングの面積で割って密度にしたものです。 両対数で見ると、コア近傍では平らで、外側へ行くほど急に落ちていきます。

• なぜ「密度」にするのか —— 検出器は面積を持つので、測っているのは個数ではなく個数密度です。散布図（8.2）を実験と比べるには、この形に直す必要があります。
• 遠方で μ が e を上回る —— 電磁成分は外側で急速に落ちますが、ミューオンはゆるやかにしか落ちません。だからコアから遠い検出器はミューオンを測っていることになります。地上の宇宙線測定がミューオン計数になるのは、この交差のためです。
• コアのごく近傍は信用しない —— 内側のリングは面積が極端に小さく、粒子1個で密度が跳ね上がって意味のない点になります。内側を打ち切り、粒子数の少ないビンは描かない、という処理が必要です。

9.4　3D 全体図 —— 形をつかむ

一次粒子が大気に入ってから地表に届くまでを1枚にした図です。軸に沿った線の太さが粒子数 $N(X)$ を表します。

• 入射してすぐには何も起きない —— 113 km で入った陽子が最初の相互作用を起こすのは 30 km 前後。それより上はただ飛んでいるだけなので、軸が細いまま伸びます。陽子と空気の相互作用長は 50〜90 g/cm² 程度で、その深さになるのが 20〜30 km 付近だからです。
• 膨らんでいるのが $X_{\max}$ 付近 —— 数 km の高さで一気に太くなり、地表までに萎みます。
• 縦と横で縮尺が違う —— 図の副題に「横を ×6 誇張」のように書きます。実際の空気シャワーは、この図で見えるよりはるかに細長い形です。高さ 20 km・半径 100 m ですから、実寸で描くとほとんど1本の線になってしまいます。

9.5　いちばん大事な注意 —— 1本のシャワーで語らない

ローカル環境で、コンソールに加えて自分で解析スクリプトを書くようになったら、エディタを整えます。Windows 側に入れて、WSL の中を編集するのが定石です。

1. 本体は Windows 版だけ

   code.visualstudio.com/download から Windows 版を入れます。WSL の中に Linux 版を入れる必要はありません。

2. 拡張機能

   拡張	ID	用途
   WSL	ms-vscode-remote.remote-wsl	手元の WSL に接続する。これが必須
   Python	ms-python.python	Python の実行と補完
   Jupyter	ms-toolsai.jupyter	Notebook を VS Code 内で動かす

3. WSL に接続する

   Ubuntu のターミナルで作業ディレクトリに移動して code . と打つのが一番速いです。

   cd ~/corsika8
   code .

   初回は VS Code Server が自動で入ります。ウィンドウ左下に WSL: Ubuntu-22.04 と出れば接続成功です。

4. Python インタプリタを venv に向ける

   Ctrl+Shift+P → Python: Select Interpreter → ~/venv/corsika8/bin/python を選択。Notebook のカーネルにも同じものを指定します。 これをやらないと corsika が import できません。

症状から引いてください。よくある事故はだいたいこの表に入っています。RustDesk のリモート環境で困ったときは、自分で直そうとせずメンターに連絡してください。

環境ごと退避したいとき

WSL ディストリビューションは丸ごと書き出せます。PC の載せ替えや、同じ環境を後輩に配る用途に使えます。

wsl --export Ubuntu-22.04 D:\backup\corsika8-env.tar          # 書き出し
wsl --import Corsika8 D:\wsl\Corsika8 D:\backup\corsika8-env.tar  # 別マシンへ取り込み

--import した環境は既定ユーザーが root になります。 wsl -d Corsika8 -u <ユーザー名> で切り替えるか、/etc/wsl.conf に既定ユーザーを書いてください。

ローカル環境ができたあと、毎回使うのはこれだけ

# 1. コンソールを起動する（ふだんはこれだけ）
cd ~/corsika8/corsika-simulation-console && python3 server.py
#    → Windows のブラウザで http://localhost:8765 を開く

# 2. コンソールを最新にする
cd ~/corsika8/corsika-simulation-console && git pull

あとから自分（と他人）が再現できるように。ここを怠ると、半年後に同じ図が作れなくなります。

実験ノートに残しておく項目

論文・発表で引用するもの

• CORSIKA 8 本体 —— J. M. Alameddine et al., Astropart. Phys. 182 (2026) 103265（arXiv:2604.01850）
• フレームワークの設計 —— R. Engel et al., Comput. Softw. Big Sci. 3 (2019) 2
• 電波放射を使ったなら —— J. M. Alameddine et al., Astropart. Phys. 166 (2025) 103072
• 使ったコンテナそのもの —— Zenodo の DOI（10.5281/zenodo.18195386）
• 使った物理モデル —— SIBYLL / EPOS-LHC / QGSJet / FLUKA / PROPOSAL それぞれの原論文（参考文献）

CORSIKA 8 は BSD 3-Clause ライセンスで公開されています。KIT が調整する community effort として開発されているので、 使ったモデルについても、それぞれの原論文の引用が必要かどうか確認してください。

この講座の記述をどこまで信じてよいか

本文中の数値・オプション・出力構成は、次のとおり実機で確認したものです（2026-09-04、WSL2 / Ubuntu、Apptainer 1.5.3）。 それでも「手元の --help が正」であることは変わりません。

未検証：--emcut を既定から変えた場合に PROPOSAL のテーブル生成がどこに書かれるかは確認していません。

迷ったら、まずここに挙げた一次資料に戻ってください。 この講座の記述はすべて、以下のいずれか（または手元の実機確認）に由来します。