量子ナノセンサーと超解像技術を融合した暗黒物質の方向探索実験
| Project/Area Number |
22KJ0342
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| Project/Area Number (Other) |
21J00565 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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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 | High Energy Accelerator Research Organization (2023)
University of Tsukuba (2021-2022) |
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Principal Investigator |
梅本 篤宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 量子場計測システム国際拠点, 研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 暗黒物質 / ダイヤモンド / NV center / シンチレータ / 粒子検出器 / 飛跡検出器 / 光学顕微鏡 / 超解像 |
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| Outline of Research at the Start |
量子センシングは量子効果を応用することで磁場・電場・温度・圧力などを高感度に検出することが可能である。素粒子実験分野での実用例は数少ないが、既存の手法では実現できない高感度検出器や新粒子探索への応用が期待できる。
本研究では、物性や量子コンピュータの分野で盛んに研究が進められているダイヤモンドNV centerを用いた、ナノスケールの空間分解能を有する粒子飛跡検出技術の確立を目的とし、暗黒物質候補の一つであるWIMPsによる反跳原子核信号の方向検出を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子センサであるダイヤモンドNV centerを用いた暗黒物質方向探索の実現に向け、検出器開発を進めた。この実験では、ダイヤモンドをシンチレータと飛跡検出器の両方で機能させることで、暗黒物質による反跳原子核事象を発光信号でトリガーし、NV center による蛍光飛跡検出法で反跳方向の検出を狙う。
シンチレータ特性の評価は、これまで主に市販のダイヤモンド基板を用いて行った。発光中心として不純物窒素が有望であることを明らかにし、発光量や発光波長、時定数を定量的に示した。2023年度からNIMS高圧グループとの共同研究を開始し、発光中心となる不純物を変えながらの人工結晶作製を可能とした。また、シンチレータだけでなくボロメータとしても機能させることで、トリガー信号の情報量増大を図り、熱検出器の開発に取り掛かった。ダイヤモンド基板上に直接的に超伝導素子(Microwave Kinetic Inductance Detector)を作製し、極低温下での共鳴応答を観測した。
飛跡検出に関しては、NV centerの並びとして記録される重粒子飛跡を読み出すための共焦点顕微鏡を開発した。レーザーと対物レンズ、MPPCで光学系を構築し、マイクロ波発生器と組みあわせた測定系でNV centerの光検出磁気共鳴を観測し、NV centerの量子状態操作と、その読み出しを実証した。この装置による重イオン飛跡の観察を試みた。照射試料の不純物量が不適であったことが明らかになり、飛跡検出のための試料の条件に制限をつけた。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
