デッドタイムフリーな暗黒物質探索用スペクトロメータ dSpec の開発研究
Publicly Offered Research
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
21H05460
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 惇也 京都大学, 理学研究科, 助教 (90795014)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | RFSoC / FPGA / ダークマター / ダークフォトン / アクシオン / 分光器 / WISP / DAQ |
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| Outline of Research at the Start |
ダークマターの多角的な探索研究の認識が高まる中、アクシオンやダークフォトンなどの軽いボソンがダークマター候補として注目されている。一方で、それらの候補に対して μeV から meV にわたる質量領域では十分な探索がなされていない。
本研究は ５G 通信技術のために発展した製品を転用し、このディスカバリースペース開拓のための高効率な分光計の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではアクシオンやダークフォトンなどを広帯域に探索するためのスペクトロメータの開発を行う。従来マイクロ波共振空洞を用いた探索が行われていたが、球面鏡などを用いた新しい手法が提案されている。この新手法では広帯域の質量にわたってダークマター探索を行うことができるが、これを効率よく行うためには広い分光器を用いる必要がある。市販のシグナルアナライザーでは帯域が足りないため、本研究では ADC/DAC と FPGA が一体となった RFSoC を用いて独自に分光器を開発する。
本年度は開発したファームウェアを実際の RFSoC を搭載したボードに適用し、性能試験を行なった。実際のボードに適用する際には FPGA 内の各コンポーネントの量やそれぞれの間の配線に拘束されるため、目標となる動作周波数を達成するためには最適化が必要となる。分光部分では高速フーリエ変換を 16 並列で動かし最後に組み合わせる方式をとっているが、この最後の組み合わせの部分に問題が生じた。そこでこの組み合わせ部分のアルゴリズムの最適化を行い、必要なコンポーネントを最小化して解決することができた。
実際に RFSoC を搭載したボードに実装することができたので、性能試験を行なった。まずシグナルジェネレータを用いて単色の信号を入力し、想定通りの周波数に分光されて信号が得られることを確認した。また、温度の異なる黒体輻射源を２つ用いて分光計に入力し、時間あたりの性能の検証を行なった。その結果、設計通りほぼ 100 パーセントの効率でデータ取得が行えることが確認できた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
