2019 Fiscal Year Annual Research Report
R&D of a resonant cavity for dark matter axion search with photonics crystal technique
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17H02883
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岸本 康宏 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (30374911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泉 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (20294142)
山下 雅樹 東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (10504574)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / 暗黒物質アクシオン / マイクロ波空胴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，フォトニック結晶技術を用い，基本モード(TM010)で共振する大型の共振空胴を研究・開発する.フォトニック構造とは周期的に金属または高誘電 体を配置した構造であり，これよって共振周波数が決まり，空胴のサイズには寄らない.この原理によって，アクシオン探索等で必要な大型空胴を開発すること が，本研究の目的である，
これまでの研究により，縦横が１０㎝，厚み１㎝のフォトニック結晶空洞で，TM010モードの共振を実験的に確認しており，今年度は，より大型の空洞へと拡張する研究を行った．
その結果，縦横のサイズは，20㎝を越えて大きく出来る一方，厚みを増すと，競合するモード（TEMモード）での発振がみられ，TM010での共振に影響が出ることが分かった．
この知見に基づき，薄型の空洞を多段にして，大型化する研究を実施した．その結果，多段化した場合，TM010モードが得られるものの，その強度に偏りがあることが判明した．8段までの多段化でTM010モードでの共振が得られたことで，フォトニック結晶空洞が原理的に，アクシオン探索の感度向上に非常に大きな武器となることが確かめられた．しかし，この偏りは，実験の感度を評価する上では系統誤差として作用するため，この偏りの原因追及とその克服が重要であり，今後の課題として残された．
これと同時に，フォトニック結晶空洞の共振周波数を掃引する手法の開発・研究を行った．シミュレーションにより，結晶間隔を変更することで，周波数をプラス・マイナスで５％程度掃引する機構を見いだし，それを実装した．実機による検証では，機械的強度の不十分さによって，機器が破損するトラブルに見舞われ，変動幅がプラス・マイナスそれぞれ2.5％にとどまったが，共振周波数の変化は滑らかで，将来のアクシオン実験を行う上で非常に期待が持てる結果であった．
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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