Development of ultra-low-energy photon pulse irradiation system for calibration of neutrino-decay-photon detectors

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05375
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 吉田 拓生 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (30220651)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 物理学 / 素粒子実験 / 遠赤外線 / レーザー

Outline of Annual Research Achievements

近年、ニュートリノに質量があることが確定し、質量の大きいニュートリノが10～25 meV（波長50～90μm）程度の遠赤外線領域の低エネルギー光子を放出することによって質量の小さいニュートリノに崩壊することが理論的に予言されており、そのような光子を探索するための検出器開発が推進されている。本研究の目的は、福井大学の「遠赤外分子レーザー装置」を用いて、そのような検出器の較正用「超低エネルギー光子パルス照射システム」を開発することであり、これまでこの目的の達成に向けて、遠赤外分子レーザーの稼働、発振線の確認、その基本特性の測定、その連続波のパルス波への変換、その光子パルスを検出器まで伝送するための導波管の開発などを順調に遂行し、更にこの照射システムを実際に活用して、ニュートリノ崩壊光子検出器用の回折格子の開発や、検出器を容れる真空容器の窓材の開発などを行ってきた。研究最終年度である今年度は、更に以下のような成果が得られた。
まず、この光子パルス照射システムで、ニュートリノ崩壊時に1個だけ放出される光子を確実に検出することができるような超高感度な光検出器を較正するには、1パルス中に含まれる光子の数を平均1～数個程度になるまで何桁も減衰させる必要があるが、そのための光減衰器として、金属を蒸着したシリコン薄膜が有用であることを確認した。次に、本研究で用いる遠赤外分子レーザーの発振出力やビーム形状の時間変動をリアルタイムでモニターできるようなモニター装置の開発を行った。更に、ニュートリノ崩壊光子検出器には、観測したい波長領域の光子だけを通過させ、それ以外の光子を極力排除するバンドパスフィルターの役割を果たす光学窓も必要となるため、本研究で開発した光子パルス照射システムを用いて、そのようなバンドパスフィルターの開発も行った。
以上より、本研究は、当初の目的を十分達成したものと判断される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sungkyunkwan University(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: Sungkyunkwan University
• [Presentation] COBAND実験のための光学系設計開発IV (2021)
  • Author(s): 前川群, 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, 浅野千紗, 中原瑳衣子, 山根綾太, 吉田拓生, 浅胡武志, 竹下勉, 古屋岳, 若林凛, 松浦周二, 橋本遼, 岡島茂樹, 中山和也
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] COBAND実験遠赤外線光学系における反射防止膜設計Ⅱ (2021)
  • Author(s): 山根綾太, 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, 浅野千沙, 前川群, 中原瑳依子, 吉田拓生, 浅胡武志, 竹下勉, 古屋岳, 若林凛, 松浦周二
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 宇宙背景ニュートリノ崩壊光子検出器較正用の光学系設計方法の検討 (2021)
  • Author(s): 若林凛，浅胡武志，竹下勉，浦川雅生，大竹祥太朗，吉田拓生，古屋 岳，岡島茂樹，中山和也
  • Organizer: 2020年度筑波大学TCHoU Workshop
• [Presentation] 宇宙背景ニュートリノ崩壊探索COBAND実験 (2021)
  • Author(s): 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, 松浦周二, 吉田拓生, 浅胡武志, 竹下勉, 古屋岳, 若林凛, 新井康夫, Eric Ramberg, Soo-Bong Kim, Yong-Hamb Kim, 他, 共同講演者36名中13番目
  • Organizer: ISAS観測ロケットシンポジウム
• [Presentation] COBAND実験遠赤外線光学系における集光器と反射防止膜設計 (2020)
  • Author(s): 山根綾太, 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, 浅野千沙, 前川群, 中原瑳依子, 吉田拓生, 浅胡武志, 竹下勉, 古屋岳, 若林凛, 松浦周二, 橋本遼
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] COBAND実験のためのHf-STJの研究開発Ⅴ (2020)
  • Author(s): 浅野千紗, 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, Yong-Hamb Kim, 松浦周二, 新井康夫, 吉田拓生, 浅胡武志, 竹下勉, 若林凛, Eric Ramberg, Soo-Bong Kim, 他, 共同講演者38名中24番目
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] ニュートリノ崩壊光子検出器較正用遠赤外分子レーザーのビームプロファイルモニターの開発 (2020)
  • Author(s): 竹下 勉, 浅胡武志, 若林凜, 浦川雅生, 大竹祥太朗, 吉田拓生, 古屋 岳, 岡島茂樹, 中山和也, 古屋 岳, 金信弘, 武内勇司, 飯田崇史, 前川 群
  • Organizer: 2020年度 日本物理学会北陸支部 定例学術講演会
• [Remarks] 宇宙背景ニュートリノ崩壊現象の探索
  • URL: http://apphy.u-fukui.ac.jp/~yoshida/neutrino/stj.htm
• [Remarks] 宇宙背景ニュートリノ崩壊探索COBAND
  • URL: http://hep.px.tsukuba.ac.jp/coband/index.html