| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05857
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
山崎 典子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (20254146)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 隆幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (00370099)
林 佑 立教大学, 理学部, 助教 (00846842)
平山 文紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10357866)
佐藤 昭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30357149)
シミオネスク オーロラ 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員科学研究員 (30791694)
佐藤 浩介 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50453840)
満田 和久 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 量子場計測システム国際拠点, 特任教授 (80183961)
神代 暁 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (60356962)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥205,660,000 (Direct Cost: ¥158,200,000、Indirect Cost: ¥47,460,000)
Fiscal Year 2024: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000)
Fiscal Year 2023: ¥61,360,000 (Direct Cost: ¥47,200,000、Indirect Cost: ¥14,160,000)
Fiscal Year 2022: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥29,250,000 (Direct Cost: ¥22,500,000、Indirect Cost: ¥6,750,000)
Fiscal Year 2020: ¥74,490,000 (Direct Cost: ¥57,300,000、Indirect Cost: ¥17,190,000)
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| Keywords | 暗黒物質 / 太陽アクシオン / 極低温検出器 / X線分光検出器 / X線天文学 / Ｘ線天文学 / Ｘ線分光検出器 / アクシオン / 超伝導回路 / 宇宙観測 / X線分光 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙に大量に存在し、重力によって銀河等の大構造を形づくる暗黒物質の正体については、多くの候補が考えられるが未だ決着がついていない。本変革領域では、様々な手法を駆使してその探求を行なうが、本計画領域では、特にX線領域での分光能力の向上をいかした2つの方法を試みる。一つは、2022年度打ちあげ予定のXRISM衛星搭載のマイクロカロリメータにより、宇宙観測によって暗黒物質起源の放射を探す。もう一つは、暗黒物質候補であるアクシオンが存在する場合、太陽から放射されるアクシオンを新たな手法による地上検出実験である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線検出においては，従来の半導体検出器をマイクロカロリメータと呼ばれる極低温検出器に置き換えることで，エネルギー分解能を20倍以上 引き上げることができる。これにより輝線感度は劇的に向上し，ダークマター探査にも新たな手法の可能性が生まれる。本計画研究では，極低温検出器を用いたダークマター候補粒子の直接検出実験として、太陽アクシオンによる14keVの輝線的アクシオンの検出を目指し、この目的に特化したカロリメータアレイの作成を行っている。超伝導薄膜の成膜装置を本研究で導入し、膜厚その他の成膜条件と膜質の関係をしらべ、製作の最適化およびそのパラメータを用いた素子設計を行っている。また吸収体に鉄57同位体を用いるが、そのためにはカロリメータ温度計部と吸収体の間に距離をあけ、熱伝導ストラップで結ぶ特殊な構造をとる必要がある。さらに純鉄を電析などで成膜する手法の開発が必要である。今年度はシミュレーション等によりカロリメータ構造とエネルギー分解能の特性を調べるとともに、試作素子のX線照射実験データの解析、シミュレーションとの比較検討を行った。また低温化で同時に多画素読み出しを可能とするマイクロ波読み出し回路の作成に着手した。また宇宙観測による背景放射あるいは銀河団などのダークマター柱密度の高い天体からのダークマター起源の放射の検出において，開発中のXRISM衛星を用いた新たな探索を行なう手法についても検討を行った。同時にアクシオンの中性子星近傍の磁場による光子への変換過程をもちいた探索手法についても検討をおこなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度に導入した薄膜製造装置を用いてカロリメータ素子の製作を行っている。まだ製作条件とカロリメータ性能の条件だしにおいて、再現性が少したりず、ばらつきが大きい。そのため素子評価に遅れはでている。一方で電析による吸収体作成やシミュレーションは順調に推移している。また、分担者であるシミオネスク氏が、COVID-19のために来日する予定を延期しており、TV会議等は行っているが多少議論に遅れがある。
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| Strategy for Future Research Activity |
直接検出実験については、薄膜製作装置内の真空度をあげるなど製作手法の安定化を進める。また電析についてもより多彩な条件での製作をすすめる。パルス取得実験結果について、シミュレーションによる理解をさらにすすめる。観測的研究については、将来計画のための検討に加えこれまでのアーカイブデータからできる探索についても検討を行う。
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