CMB偏光観測からニュートリノ質量階層性に迫るための偏光角較正装置の開発

• Project Area: Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
• Project/Area Number: 26105519
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 田島 治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80391704)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2014: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: ニュートリノ / 宇宙マイクロ波背景放射 / 偏光

Outline of Annual Research Achievements

ニュートリノ質量の絶対値測定と質量階層性の解明はニュートリノ研究のビッグテーマのひとつである。近年、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）偏光の小角度(0.1˚スケール)にわたる非対称パターン「重力レンズ効果Bモード」の精密観測によって、ニュートリノ質量和を測定する手法が注目されている。しかしながら、望遠鏡の偏光角構成精度を向上しないかぎり、ニュートリノの階層性に迫れる精度での測定は難しい。本研究はその精度を向上する偏光角較正システムを開発する。
幅広い観測周波数帯にわたって較正を行うためには、CMBと同じ黒体偏光源を使うことが最良の手段である。従来は偏光天体や人工的に偏波を発生する装置を用いて較正が行われてきたが、どちらも黒体偏光ではない。さらに、天体カタログの精度、装置のアライメントに困難があった。そこで、本研究は申請者が過去に開発した「まばらな金座億ワイヤーグリッド」を使った装置を発展させ、わずか一本の金属ワイヤーで較正する手法の開発を行ってきた。もちろん、世界初の試みである。
昨年度は、実際の望遠鏡を用いたゲリラ的な較正試験を実際に行い、原理検証と従来手法に対する統計誤差一桁の優位性を実証した。本年度は系統誤差の研究に注力した様々な較正試験をチリ・アタカマ高地で観測を行っている望遠鏡を使って行った。ワイヤーをわざと斜めに張る、望遠鏡の中心軸からズラすなど、様々な系統誤差要因を誇張する試験実験をおこない、個々の系統誤差をどう洗い出して、軽減するかの研究を行った。その結果、目標としている精度達成の展望を得た。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] World’s Cheapest Readout Electronics for Kinetic Inductance Detector by Using RedPitaya (2016)
  • Author(s): N. Tomita, H. Jeong, J. Choi, H. Ishitsuka, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, O. Tajima
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. Volume: online 19 Jan. Issue: 1-2 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1485-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Front-End Electronics for the Array Readout of a Microwave Kinetic Inductance Detector Towards Observation of Cosmic Microwave Background Polarization (2016)
  • Author(s): H. Ishitsuka, M. Ikeno, S. Oguri, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. Volume: online 13 Jan. Issue: 1-2 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1467-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The POLARBEAR-2 and the Simons Array Experiments (2016)
  • Author(s): A. Suzuki , O.~Tajima(80番目), 他88名
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. Volume: online 6 Jan. Issue: 3-4 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1425-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GroundBIRD: Observing Cosmic Microwave Polarization at Large Angular Scale with Kinetic Inductance Detectors and High-Speed Rotating Telescope (2015)
  • Author(s): S. Oguri, J. Choi, T. Damayanthi, M. Hattori, M. Hazumi, H. Ishitsuka, K. Karatsu, S. Mima, M. Minowa, T. Nagasaki, C. Otani, Y. Sekimoto, O. Tajima, N. Tomita, M. Yoshida, E. Won
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. Volume: online 30 Dec. Issue: 3-4 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1420-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Monitoring System for Atmospheric Water Vapor with a Ground-Based Multi-Band Radiometer: Meteorological Application of Radio Astronomy Technologies (2015)
  • Author(s): T. Nagasaki, K. Araki, H. Ishimoto, K. Kominami, O.~Tajima
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. Volume: online 29 Dec. Issue: 3-4 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1412-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] POLARBEAR Constraints on Cosmic Birefringence and Primordial Magnetic Fields (2015)
  • Author(s): POLARBEAR Collaboration, P. A. R. Ade, O. Tajima (78番目), 他84名
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 92 Issue: 12 Pages: 123509-123509
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.123509
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Microwave Kinetic Inductance Detector for Cosmological Observations (2015)
  • Author(s): K. KARATSU, S. MIMA, S. OGURI, et.al.
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Volume: E98.C Issue: 3 Pages: 207-218
  • DOI: 10.1587/transele.E98.C.207
  • NAID: 130004841697
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] GroundBIRD搭載用超伝導検出器MKIDアレイのデザイン設計 (2016)
  • Author(s): 小栗秀悟, 美馬覚, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 沓間弘樹, 関本裕太郎, 田島治, Thushara DamayanthiA, Jihoon Choi, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 蓑輪眞, 吉田光宏, Eunil Won
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] GroundBIRD搭載用超伝導検出器MKIDアレイの製作と評価 (2016)
  • Author(s): 美馬覚, 小栗秀悟, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 沓間弘樹, 関本裕太郎, 田島治, Thushara Damayanthi, Jihoon Choi, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 蓑輪眞, 吉田光宏, Eunil Won
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 超伝導検出器MKIDの周波数分割多重化読み出しロジックの実装と評価 (2016)
  • Author(s): 石塚光, 池野正弘, 内田智久, 小栗秀悟, 田島治, 富田望
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] CMB Polarization - recent & future (2016)
  • Author(s): 田島治
  • Organizer: 宇宙電波懇談会シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立天文台（東京都三鷹市）
  • Year and Date: 2016-03-09
  • Invited
• [Presentation] CMB Polarization - recent & future (2016)
  • Author(s): O. Tajima
  • Organizer: KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2016),
  • Place of Presentation: KEK (茨城県つくば市)
  • Year and Date: 2016-02-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GroundBIRD実験用超伝導検出器MKIDの光学測定試験 (2015)
  • Author(s): 小栗秀悟, 田島治, 川井正徳, 長崎岳人, Jihoon Choi, 石塚光, 富田望, 羽澄昌史, 吉田光宏, Eunil Won
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会（2015）
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] 超伝導検出器MKIDの周波数多重読み出し用フロントエンド回路の開発 (2015)
  • Author(s): 石塚光, 池野正弘, 内田智久, 小栗秀悟, 田島治, 富田望
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会（2015）
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Rotation of Telescope !? (2015)
  • Author(s): O. Tajima
  • Organizer: Cosmology with CMB-S4 Workshop
  • Place of Presentation: ミシガン（米国）
  • Year and Date: 2015-09-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射で迫る宇宙創世の物理 (2015)
  • Author(s): 田島治
  • Organizer: 原子核三者若手 夏の学校2015
  • Place of Presentation: ホテルたつき( 愛知県蒲郡市)
  • Year and Date: 2015-08-19
  • Invited
• [Presentation] Angle calibration system for CMB telescope - quest for neutrino hierarchy using CMB polarization (2014)
  • Author(s): 田島治
  • Organizer: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会 2014
  • Place of Presentation: 富士Calm
  • Year and Date: 2014-12-21 – 2014-12-23
  • Invited
• [Remarks] KEK実験的宇宙物理研究グループ
  • URL: http://cmb.kek.jp/page03_progress.html#GB
• [Remarks] KEK CMB Group
  • URL: http://cmb.kek.jp/