2017 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙マイクロ波背景放射偏光成分の精密観測によるニュートリノ質量絶対スケールの研究
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15H03670
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
長谷川 雅也 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, 研究機関講師 (60435617)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 宇宙背景放射 / 偏光 / 超伝導検出器 / 重力レンズ効果 / ニュートリノ質量 / 検出器開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に引き続きPOLARBEAR-Iの観測をチリにて継続しさらなる高精度観測を目指してデータ収集を行うと共に、POLARBEAR-Iのおよそ6倍の感度を有するアップグレードレシーバ「POLARBEAR-2」の開発を進めた。POLARBEAR-Iの6倍のおよそ7600個の検出器を配置する焦点面は、大きさが直径38cmと世界最大級となり、個々の検出器の性能を落とさずに如何に信号を読み出すかが感度向上実現の鍵となる。そのために、POLARBEAR-Iで８多重度であった信号読み出しの多重度を増やす。
POLARBEARでは「周波数分割多重読み出し法」を採用しており、多重度向上に向けた開発項目として1) 信号読み出しの帯域を広げる, 2)共振ピークをデザイン通りに作る、の２つが主にあげられる。前者については、これまで帯域を制限していたオペアンプによるフィードバック法から、読み出しエレキによるフィードバック法に変える事で対応し、後者については、市販のコイル・コンデンサの値のばらつきを極限まで抑えるために、リソグラフィによりそれらを自作して対応する。数回のフィードバックをへて、多重度が５倍に増加した事を確認した。また、信号線を通して室温から極低温部に熱が侵入する事を防ぐための超伝導ケーブルの制作を終え、冷却試験を通してすべてのケーブルが想定通り超伝導となっている事を確認した。これによりケーブル起因の過剰ノイズが発生していないことも確認した。
これにより、超伝導検出器アレイの読み出しの準備が完了し、本格的にボロメータとあわせた統合試験を開始している。
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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
研究実績で述べた通り、POLARBEAR-2に関しては、大型の超伝導検出器アレイの信号読み出しの原理検証が完了し、実現に向けた大きなマイルストーンを達成した。実際に本観測で用いる検出器と読み出し系をかみ合わせたエンドトゥーエンド試験を開始した。その試験の中で、信号の増幅に用いるアンプのノイズが仕様を満たしていない事が確認され、米国でのシステム再構築に時間が必要となり、当初の予定と比べて少し遅れが見られているが、並行してPOLARBEAR-2の解析に必要なソフトウェアの準備を進めており、観測開始後のデータ解析を本格化するまでの時間短縮が期待できる。また、POLARBEAR-1に関しては、継続観測により得られたデータを用いて、初期観測結果より感度の高い重力レンズBモードに関する結果を報告した。現在Bモードの自己相関に関して３シグマを超える信頼度で確認できている。以上の事から、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度は、低ノイズの信号アンプの製作と読み出し系の再構築が完了する予定であり、それらを開発中のレシーバに搭載して、最終的な性能評価試験を実験室にて行う。特に本観測で重要となるパラメータ（ノイズレベル、周波数応答性、応答の角度依存性）に関して要求を満たす事を確認し、さらに検出器を観測可能な状態（常伝導から超伝導への転移端）に設定するバイアスパラメータの調整を行い、観測サイトでの運用法の構築も行う。さらに望遠鏡に搭載して観測を行うときに懸念される振動による過剰ノイズに関する測定と対策についての検討も行う。
実験室での試験が完了し次第、チリへの輸送を開始し、観測の準備を行って、実際にPOLARBEAR-2レシーバを用いた科学観測を開始する事がH30年度の目標である。観測後は特に重力レンズ起源の偏光Bモードに関する感度が最大となるような観測プランを実行し、まず短期間のデータでPOLARBEAR-1の重力レンズBモードに関する結果の追試を行ったのちに、初年度の観測データを用いた初期観測結果を報告する事を目標とする。
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