暗黒物質Axion探索を目指した，アクシオン類似粒子・暗黒光子の探索
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21K18621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岸本 康宏 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (30374911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泉 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20294142)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 暗黒物質 / アクシオン / 暗黒光子 / マイクロ波共振空洞 / 共振空洞 / マイクロ波 / アクシオン類似粒子(ALP) |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙には通常の物質の５倍もの未知の物質，暗黒物質が存在している．
本研究では，弦理論などから予言された暗黒物質の候補であるアクシオン類似粒子（Axion-Like Particles, ALPs）と暗黒光子(Hidden Photon, HP)の探索を世界最高感度で遂行する．
暗黒物質としては，アクシオンがより有力な候補と言えるが，その相互作用が小さい．
そこで，本研究では，ALP, HPの検出原理の違いを上手く利用して段階化し，各段階で世界最高感度での実験を遂行し，それを最終的なアクシオン探索への基礎構築に繋げる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質とは，宇宙の重力源の大部分を占める正体不明の物質であり，現代物理学のパラダイムである標準理論の枠組を超えた存在である．暗黒物質の候補は多岐に亘るが，本研究では暗黒光子，アクシオン類似粒子を対象に研究を実施した．両者は超弦理論などで予言され，質量は非常に軽いと考えられている．暗黒光子とアクシオン類似粒子では，後者は強磁場の存在下でマイクロ波光子に転換し，前者は磁場を必要としない．いずれの場合も，予想されるマイクロ波信号は非常に微弱であり，共振空胴を用いて信号を増幅する必要がある．また，極低温に冷却し，光子雑音を抑制することも必要である．すなわち，暗黒光子探索では，マイクロ波技術，極低温技術が必須であり，アクシオン類似粒子探索では，さらに強磁場環境が要求される．
このように，暗黒光子，アクシオン類似粒子の探索では，複数の技術的なハードルが存在するが．本研究は，1）室温下での暗黒光子探索，2）極低温下での高感度暗黒光子探索，3）極低温，強磁場環境下でのアクシオン類似粒子の探索と，３段階で研究を推進し，4）その将来にある暗黒物質アクシオン探索の基礎を構築することを目的とした研究である．
2021年7月の研究課題採択以降，マイクロ波空胴の開発と，データ取得システムの構築を行い，2022年12月に，常温，無磁場での暗黒光子探索実験を遂行した．その後，実験系を冷凍機内に移設し，2023年に極低温でのテストランを行った．このテストランで問題点が無かったため，2024年1月に磁場を印加し，アクシオン類似粒子の探索に移行した．現在，これらデータの解析を慎重に行っている．クイックな解析の結果では，データ取得系は非常に安定に動作することが確認されており，将来のアクシオン探索では，長時間ランによる感度上昇が有効である点が確認されるなど，1)~4)の全ての目標をクリアする成果が得られた．
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
