• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

R&D of a resonant cavity for dark matter axion search with photonics crystal technique

Research Project

Project/Area Number 17H02883
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionTohoku University (2019)
The University of Tokyo (2017-2018)

Principal Investigator

Kishimoto Yasuhiro  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (30374911)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小川 泉  福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (20294142)
山下 雅樹  東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (10504574)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2017: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
Keywords暗黒物質 / アクシオン / マイクロ波空胴 / フォトニック結晶 / 暗黒物質アクシオン / マイクロ波共振空胴 / アクシオン様粒子,ALP / ALP粒子 / 共振空胴 / 共振空洞
Outline of Final Research Achievements

In this research, we have developed a large RF resonant cavity which resonates in the fundamental mode (TM010) with photonic crystal technology. A photonic crystal is a structure where metals or high dielectrics are periodically arranged, and the resonance frequency is determined by the spacing. This means that it is possible to enlarge a cavity size and, therefore, make sensitivity of dark matter axion extremely higher, especially at higher RF regime, such as 5-10 GHz region.
In this research, a large photonic crystal cavity (20cm x 20cm x 2cm x 2 cavities) that resonates at 5.7 GHz with TM010 was realized. The size is about 28 times of a simple cylindrical cavity. With this cavity, signal-to-noise ratio in axion search would be increased with factor 28. It could be an epoch-making result for future experiments with RF resonant cavities.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

この宇宙には,我々の知る物質の約5倍の未知の物質「暗黒物質」が存在する.この暗黒物質の正体解明は,現代物理学・天文学における最大の課題である.暗黒物質の最有力候補の1つがアクシオンであり.この他にも,暗黒光子等数多くの候補が存在する.これらアクシオン,暗黒光子の検出では,非常に微弱なマイクロ波を共振空胴を利用して検出する必要がある.しかし,高周波領域では空胴サイズが小さくなり,感度向上が困難であった.本研究では,従来の約30倍の巨大空胴の開発に成功した.これは暗黒物質信号を約30倍することに相当し,マイクロ波を用いた暗黒物質探索において画期的な感度向上を実現する手法の開発に成功したと言える.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2020 2019 2018

All Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Presentation] 暗黒物質アクシオン,暗黒光子等の検出のための大型共振空胴の開発・研究 ー 多段化による大型化 ー2020

    • Author(s)
      岸本康宏, 鈴木裕也, 山下雅樹,小川泉
    • Organizer
      日本物理学会 75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 暗黒物質アクシオン,暗黒光子等の検出のための大型共振空胴の開発・研究 ー 周波数変調機構 ー2019

    • Author(s)
      岸本康宏, 山下雅樹,小川泉,森勇太
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 暗黒物質アクシオン探索のための,高磁場環境下でのHigh-Qマイクロ波空胴の開発・研究2019

    • Author(s)
      岸本康宏
    • Organizer
      新学術領域「地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化」領域研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大型空胴を使った暗黒物質アクシオン探索2019

    • Author(s)
      岸本康宏
    • Organizer
      ダークマターの懇談会2019(招待講演)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 暗黒物質アクシオン,暗黒光子等の検出のための大型共振空胴の開発・研究 ーテスト空胴の電場プロファイル測定 -2019

    • Author(s)
      岸本康宏,山下雅樹,小川泉,森勇太,西村大輝
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 暗黒物質アクシオン,暗黒光子等の検出のための大型共振空胴の開発・研究 ーテスト空胴の電場プロファイル測定 -2018

    • Author(s)
      岸本康宏,山下雅樹,小川泉,森勇太,西村大輝
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋の分科会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ダークマターアクシオン探索用大体積共振空胴の開発(1)2018

    • Author(s)
      西村大輝, 森勇太, 岸本康宏, 山下雅樹, 小川泉
    • Organizer
      2018年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ダークマターアクシオン探索用大体積共振空胴の開発(2)2018

    • Author(s)
      森勇太, 西村大輝, 岸本康宏, 山下雅樹, 小川泉
    • Organizer
      2018年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトニック結晶技術を用いた,暗黒物質アクシオン,暗黒光子等の検出のための大型共振空胴の開発・研究2018

    • Author(s)
      岸本康宏,山下雅樹,小川泉,森勇太
    • Organizer
      日本物理学会 年会(2018年3月)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi