2020 Fiscal Year Annual Research Report
Ultralight dark matter search using gravitational wave detectors and laser interferometer experiments
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05854
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
道村 唯太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80747006)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 智弘 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (20815857)
LEONARDI MATTEO 国立天文台, 重力波プロジェクト, 助教 (90816448)
三代木 伸二 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (20302680)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | ダークマター / 暗黒物質 / レーザー / 干渉計 / 偏光 / アクシオン / ゲージボゾン / 光共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、大型のレーザー干渉計型重力波望遠鏡と小規模な光共振器の双方を用いて、ダークマターの正体に実験的に迫ることである。特に宇宙論の観点から高い注目を浴びている、1e-11 eV程度以下の質量を持つ超軽量ダークマターに着目する。光子とわずかに相互作用するアクシオンや、レーザー干渉計を構成する鏡にわずかな力を与えるゲージボゾンといった未発見粒子に着目し、偏光計測や変位計測によりこれらの探索を行う。
2020年度は、KAGRAの観測データを用いたゲージボゾン探索のためのデータ解析パイプラインの開発や、光リング共振器を用いたアクシオン探索のための装置開発を行った。
KAGRAは2020年2月から4月まで、自身初となる観測運転を行った。当時の感度では、未探索領域のゲージボゾン探索は不可能であるが、実データを用いて、データ解析パイプラインの開発を進めた。特に、信号雑音比を計算する際に必要となる、検出器雑音を評価するためのパラメータ調整や、偽信号除去のためのアルゴリズム開発を進めた。また、複数の干渉計信号を用いたデータ処理や、ダークマター信号の確立性を考慮した上限値の計算手法を開発した。
光リング共振器の開発では、これまで開発してきたプロトタイプの改良のために、共振器を構成する鏡をより高品質なものに交換した。これにより、フィネスを5倍程度向上させることに成功した。また、実験セットアップを覆う遮光シールドの導入や、デジタル制御系を用いた共振器の自動ロックシステムの導入を行った。これにより、60時間以上の連続動作や自動ロックが可能となり、長期間測定に向けた準備が整った。さらに、より高出力なレーザーを導入するために、新しい実験室とクリーンブースの整備を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度の目標を全て達成しており、2021年度の光リング共振器によるアクシオン初期観測運転や、KAGRAの初の実データ解析に向けて順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、計画通り研究を進める。2020年度に新しい実験室の整備が進み、2021年度から研究員を雇用するため、今後はこれまで以上に研究を推進できると期待できる。
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[Journal Article] Improvement of the Target Sensitivity in DECIGO by Optimizing Its Parameters for Quantum Noise Including the Effect of Diffraction Loss2021
Author(s)
Tomohiro Ishikawa, Shoki Iwaguchi, Yuta Michimura, Masaki Ando, Rika Yamada, Izumi Watanabe, Koji Nagano, Tomotada Akutsu, Kentaro Komori, Mitsuru Musha, Takeo Naito, Taigen Morimoto, Seiji Kawamura
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Journal Title
Galaxies
Volume: 9
Pages: 14
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Quantum Noise in a Fabry-Perot Interferometer Including the Influence of Diffraction Loss of Light2021
Author(s)
Shoki Iwaguchi, Tomohiro Ishikawa, Masaki Ando, Yuta Michimura, Kentaro Komori, Koji Nagano, Tomotada Akutsu, Mitsuru Musha, Rika Yamada, Izumi Watanabe, Takeo Naito, Taigen Morimoto, Seiji Kawamura
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Journal Title
Galaxies
Volume: 9
Pages: 9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Optimization of quantum noise by completing the square of multiple interferometer outputs in quantum locking for gravitational wave detectors2020
Author(s)
Rika Yamada, Yutaro Enomoto, Atsushi Nishizawa, Koji Nagano, Sachiko Kuroyanagi, Keiko Kokeyama, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Takeo Naito, Izumi Watanabe, Taigen Morimoto, Masaki Ando, Akira Furusawa, Seiji Kawamura
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Journal Title
Physics Letters A
Volume: 384
Pages: 126626
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 超精密フォーメーションフライト実証機SILVIAによる重力波観測の可能性2020
Author(s)
道村唯太, 五十里哲, 安東正樹, 伊藤琢博, 河野功, 船木一幸, 坂井真一郎, 和泉究, 長野晃士, 佐藤修一, 武者満, 佐藤訓志, 山田克彦, 松尾太郎, 金田英宏, 川村静児, 阿久津智忠, 正田亜八香, SILVIA 検討グループ
Organizer
第64回宇宙科学技術連合講演会
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