Search for dark photon cold dark matter using technologies for CMB anisotropy
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21H01093
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
隅田 土詞 京都大学, 理学研究科, 助教 (80624543)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安達 俊介 京都大学, 白眉センター, 特定助教 (80835273)
鈴木 惇也 京都大学, 理学研究科, 助教 (90795014)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | ダークマター / ダークフォトン / 電波観測 / CMB / 宇宙背景放射 |
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| Outline of Research at the Start |
Hidden-Photon Cold Dark Matter (HP-CDM)の探索を、宇宙背景放射(CMB)の異方性測定技術を応用して行う。HP-CDM は金属中で通常の電磁場と弱く相互作用し、金属面と垂直にHP-CDM の質量に相当する周波数を持つ電波が放射される。この電波を観測するアンテナを複数用意し、それらのアンテナの信号を周期的に切り替えて測定を行うことで、実験系のノイズなどを相殺しながら、HP-CDM の偏極方向に感度を持つ測定を行うことができる。これによって HP-CDM 探索の質量領域をおしひろげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
超軽量のダークマター、ダークフォトンの探索を、宇宙背景放射の異方性測定技術を応用して行っている。ダークフォトンは金属面で実光子に転換し、その質量の値に応じた周波数を持つが、この際、複数のアンテナからの入力の差分を取ることで、ダークフォトンの偏光方向に感度を持つ測定を行う。このための実験装置の設計をノイズなどのシミュレーション研究を通して進めた。
またアンテナ、アンプ、電源などの必要な物品を購入し、信号に用いるアンプの動作検証を完了した。架台に必要な物品を準備し、年度後半にはアンテナが1つの試作機を製作した。これを用いて原理検証とノイズの見積りのための測定を行ったところ、衛星による電波や無線LAN、スペクトラムアナライザー自身からのノイズなどが確認された。これらを効率的に排除するための電波暗室の設計も同時に行った。現在は複数のアンテナからの入力を切り替えるスイッチの動作検証と、3つのアンテナを持つシステムの設計を行っている。効率的なノイズ排除のための設計シミュレーションを進める。
また、より速い読み出しのため、ADC を用いたアナログ回路部分とFPGA を用いた論理回路部分を組み合わせた回路基板の設計を行った。
さらに、今年度までに高い周波数領域で行った実験について、ダークフォトン探索のデータ解析を行った。現在結果を論文にまとめているところである。
現在はより高い周波数領域での測定に向けたシミュレーション研究も進めている。
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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
ノイズの測定などにおいて想定外の原因が発見されたが、これによって信号についての理解が進み、現在は対処も含めて研究を進めているところであり、スケジュールとしては予定通りであると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までのところ測定は全てスペクトラムアナライザーを用いて行っており、これによって十分な感度が達成されているが、今後より高い感度と短い測定時間による系統誤差の軽減を目指した回路開発を進めていく。またアンテナの差分をとるためのスイッチ速度についての最適化を行い、ダークフォトンの偏光に感度を持つ測定を早期に行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
