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超伝導量子計測を使った電波分光で探る超軽量ダークマター - その実験手法の確立

Research Project

Project/Area Number 20K20427
Project/Area Number (Other) 19H05499 (2019)
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund (2020)
Single-year Grants (2019)
Review Section Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

田島 治  京都大学, 理学研究科, 准教授 (80391704)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 成瀬 雅人  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10638175)
鈴木 惇也  京都大学, 理学研究科, 助教 (90795014)
小栗 秀悟  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 (20751176)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2019: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Keywordsダークマター / 超伝導センサー / 電波分光 / 超伝導検出器
Outline of Research at the Start

銀河の重力相互作用を支配する「ダークマター」。その正体解明にむけて様々な探索実験が進行しているが、決定打となる結果はまだない。そこで、従来の常識にとらわれない超軽量ダークマターの可能性が注目されている。超弦理論などの理論的同期があるにもかかわらず、従来の計測技術では探索困難な質量領域が広大にある。そのため、世界中の研究者が手をこまねいているのが現状である。本研究は、最新の超伝導計測技術を駆使して、この状況を打開する実験手法の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

銀河の重力相互作用を支配する「ダークマター」。その正体解明にむけて様々な探索実験が進行しているが、決定打となる結果はまだない。そこで、従来の常識にとらわれない超軽量ダークマター“Dark Photon Cold Dark Matter”(略してDP-CDM)の可能性が注目されている。超弦理論やインフレーション宇宙論といった理論的同期があるにもかかわらず、従来の計測技術では探索困難な質量領域が広大にある。そのため、世界中の研究者が手をこまねいているのが現状である。本研究は、最新の超伝導計測技術を駆使して、この状況を打開する。最先端の超伝導量子型センサーと超伝導共振器を組み合わせた電波分光により、DP-CDMを探索する実験手法の確立を目指す。超伝導分光のパイオニアである海外協力者と共に、研究チームの先行実績と資産を活かし、国内では実例のない研究にチャレンジしている。

前年度に引き続き超伝導デバイスを評価する装置を使って、超伝導センサーに特有のノイズ(TLSノイズと呼ぶ)を評価・抑制する研究を行いその結果を論文発表した。超伝導分光に関しては、オンチップ・フーリエ分光方式に注目し、その試作と性能評価を引き続き行っている。

その他、超伝導センサーを用いない実験を先行して行い、74-110 μeVの質量領域において世界最高感度での探索を達成した。この感度においてもDP-CDMは依然として未検出であったが、本研究によって探索する質量領域が拡大できるという展望を得た。これは本研究提案時に掲げていたマイルストーンの達成を意味する。なお、この実験結果の論文を学術雑誌に投稿中である。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所(オランダ)

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  • [Journal Article] Characterization of two-level system noise for a microwave kinetic inductance detector comprising niobium film on a silicon substrate2022

    • Author(s)
      Sueno Y、Honda S、Kutsuma H、Mima S、Otani C、Oguri S、Suzuki J、Tajima O
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2022 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac023

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A method to measure superconducting transition temperature of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves2020

    • Author(s)
      Kutsuma H.、Sueno Y.、Hattori M.、Mima S.、Oguri S.、Otani C.、Suzuki J.、Tajima O.
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 10 Issue: 9 Pages: 095320-095320

    • DOI

      10.1063/5.0013946

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Search for hidden-photon cold dark matter using a K-band cryogenic receiver2020

    • Author(s)
      Tomita N.、Oguri S.、Inoue Y.、Minowa M.、Nagasaki T.、Suzuki J.、Tajima O.
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2020 Issue: 09 Pages: 012-012

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/09/012

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ダークフォトンCDM探索実験 DOSUE-RR/K-band 75--110 μeV/c2 における初期探索2022

    • Author(s)
      安達俊介, 小高駿平, 末野慶徳, 鈴木惇也, 隅田土詞, 田島治, 清野結大, 本多俊介
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      日本物理学会 第77回年次大会(2022年)
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    • Author(s)
      鈴木惇也, 石徹白晃治, 本多俊介, 末野慶徳, 田島治
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  • [Presentation] ダークフォトンCDM実験 DOSUE-RR/J-band 偏極感度を有する装置の開発2022

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      藤中崚, 安達俊介, 小高駿平, 末野慶徳, 鈴木惇也, 隅田土詞, 田島治, 清野結大, 本多俊介
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      日本物理学会 第77回年次大会(2022年)
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  • [Presentation] ミリ波領域におけるダークフォトン探索実験DOSUE-RR - 熱放射ノイズの評価2021

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      小髙駿平, 安達俊介, 末野慶徳, 鈴木惇也, 隅田土詞, 清野結大, 田島治, 本多俊介
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      小髙駿平
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      小髙駿平
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      山口 滉太
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      日本物理学会 第76回年次大会
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      田島治
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      日本物理学会 第76回年次大会
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  • [Presentation] ミリ波領域におけるダークフォトン探索 DOSUE-RR実験 熱放射ノイズの抑制研究2020

    • Author(s)
      小髙駿平
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      日本物理学会 第75回秋季大会
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  • [Presentation] Search for Dark Photons in millimeter-wave range Simulation study to min-imize thermal radiation noise2020

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      小髙駿平
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      新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会2019
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  • [Presentation] Search for dark photon cold dark matter using technologies for CMB anisotropy2020

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      隅田土詞
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      新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会2019
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      安達俊介
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      ダークマターの懇談会2020
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      沓間弘樹
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      新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会2019
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      末野慶徳
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      日本物理学会 第75回秋季大会
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      末野慶徳
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      日本物理学会 第75回年次大会
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  • [Remarks] 京都大学 高エネルギー物理学研究室

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      https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/

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    • URL

      https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/CMB/index.html

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URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2024-03-26  

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