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3次元超伝導検出器が切り拓く究極の宇宙素粒子実験

Research Project

Project/Area Number 21K18150
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

田井野 徹  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359592)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石徹白 晃治  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (20634504)
美馬 覚  国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (50721578)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Keywords暗黒物質 / 基板 / 超伝導検出器 / KID / 3次元
Outline of Research at the Start

世界中で様々な実験が行われているが未だその発見、検出には至っていない暗黒物質、2重β崩壊。極めて希で、極めて小さい反応がその発見を妨げている。本研究では、誰もが望む究極の測定=バックグランドフリーを可能とし、今までなしえなかった測定結果=暗黒物質や2重β崩壊の検出から、冒頭の究極的な問いに答えをもたらせる検出器として、3次元超伝導放射線検出器の開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

近年の急速な宇宙観測や加速器実験により宇宙の誕生と進化の様子が解明されつつあるが未解決な最重要課題が存在している。これまでに、我々の体や地球を形作る通常の物質の約5.5倍にもなる暗黒物質が存在することが分かってきた。また宇宙初期には物質と反物質が等量存在していたはずが、今では物質だけの宇宙(物質優勢宇宙)となっている。この謎の扉を開く鍵は「極稀反応の直接測定」にある。世界中で様々な実験が行われているが未だその発見、検出には至っていない暗黒物質、2重β崩壊、これらは極めて希で、極めて小さい反応であるが故にその発見を妨げている。本研究では、誰もが望む究極の測定=バックグランドフリーを可能とし、今までなしえなかった測定結果=暗黒物質や2重β崩壊の検出から、冒頭の究極的な問いに答えをもたらせる検出器として、3次元超伝導放射線検出器を開発することが目的である。
前年度課題であった、基板両面に配置した検出器の特性が一致しない問題について、作製方法の改善によってほぼ同様の特性を得られるようになった。しかし、その結果が得られたのがほぼ年度末であり、フォトン照射試験を行うことができなかった。一方で、前年度行ったフォトン照射試験から、検出器デザインについて再設計の必要があることがわかっており、今年度はその設計と検出器の試作を行った。その新たなデザインによる検出器の測定結果から、共振特性の観測に成功した。今後は、新しいデザインでの検出器作製を行う。また3次元配置に関して、基板同士の接合に成功し、今後キューブ形状を利用した接合の目星がついた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

両面配置の検出器特性がほぼ一致する作製方法を見出すことができたが、検出器の作製に手間取ってフォトン照射試験を行うことができなかったため。一方で3次元配置に関して大きな進捗があった。

Strategy for Future Research Activity

検出器の作製方法がほぼ確立したため、新しいデザインで検出器を作製し、フォトン照射試験を行うことで、検出器動作の確認を行う。また3次元配置について、キューブへの接合を行う。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Kinetic inductance detectors on calcium fluoride substrate for astroparticle physics2023

    • Author(s)
      K. Ishidoshiro, T. Kobayashi, K. Hosokawa, Y. Kawamura, Y. Kamei, S. Mima, C. Otani, A. Suzuki, M. Zulfakri, T. Taino
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 10

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Progress of Kinetic Inductance Detectors on Calcium Fluoride for Astroparticle physics2022

    • Author(s)
      Mohamad Zulfakri、Ishidoshiro Koji、Kishimoto Yasuhiro、Mima Satoru、Taino Tohru、Hosokawa Keishi、Nakamura Kosuke、Eizuka Minori、Ito Ryota、Kawamura Hiroki
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 2374 Issue: 1 Pages: 012026-012026

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2374/1/012026

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Open Access
  • [Presentation] Fabrication and evaluation of LEKID on CaF2 Substrate for dark matter search2023

    • Author(s)
      K. Kobayashi, K. Ishidoshiro, K. Hosokawa, Y. Kawamura, Y. Kamei, S. Mima, C. Otani, T. Taino
    • Organizer
      The 20th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CaF2基板両面に配置したAl-LEKIDの開発2023

    • Author(s)
      小林達哉, 美馬覚, 石徹白晃治, 亀井雄斗, 伊藤凌太, 大谷知行, 田井野徹
    • Organizer
      第84回応用物理学学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Progress of kinetic inductance detectors on CaF2 for astroparticle physics2021

    • Author(s)
      M. Zulfakri, K. Ishidoshiro, Y. Kishimoto, S. Mima, T. Taino, K. Hosokawa, K. Nakamura, M. Eizuka, R. Ito, H. Kawamura
    • Organizer
      International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低放射能希釈冷凍機と超伝導検出器2021

    • Author(s)
      石徹白晃治, 岸本康宏, 細川佳志, M. Zulfakri, 永塚穂里, 美馬覚, 田井野徹, 河村優貴, 村山亮介, 吉田斉
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」2021年領域研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 暗黒物質探査用KIDの作製に関する研究2021

    • Author(s)
      河村優貴, 石徹白晃治, 細川佳志, M. Zulfakri, 美馬覚, 田井野徹
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」2021年領域研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-07-13   Modified: 2024-12-25  

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