2020 Fiscal Year Annual Research Report
Search for dark matter axions using superconducting junctions
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18H01243
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山森 弘毅 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00358293)
中 竜大 東邦大学, 理学部, 講師 (00608888)
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039)
北嶋 直弥 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50737955)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アクシオン / ジョセフソン接合 / プリマコフ効果 / 共振効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質の最有力な候補であるアクシオンを検出するために多くの探索実験が行われているが、未だいずれの手法によっても発見には至っていない。本提案では、従来とは異なるアプローチを用いたアクシオン検出を行う方法として、ジョセフソン接合に着眼し、理論、実験の両面からアクシオン検出を試みることを目的とした。まずBeckらにより提案されたトンネル接合を用いたアプローチを実験的に進めたが、各種のジョセフソン接合を用いた実験でも期待されたコンダクタンスピークは観測されず、理論を根本から検討しなおす手法へと変更した。プリマコフ効果を前提とすると、アクシオンはマックスウェル方程式の補正項として扱うことができるため、この項による電磁気学的な効果を検討しなおした。その結果、交流電流が共振的にプリマコフ効果由来の磁場を生成することを発見した。このモデルがオリジナルである点は、多くの探索実験に用いられている直流磁場に基づくプリマコフ効果ではなく、直流磁場を必要とせず、交流電流のみに基づく点である。その結果実験に関する要請が極めて軽減され、巨大施設を必要とせずに実験室系のみでの検出実験を可能にする点で、従来手法と根本的に異なっている。この共振効果の存在を各種近似の元で計算することにより、Josephson接合は用いた、より現実的なアクシオン検出手法の確立に向けた、精密化した現象論構築と検証実験に関するモデルの提案を行うことができた。また本モデルに基づく実験を目指してSQUID（超伝導量子干渉素子）を設計し、産総研の超伝導素子プロセスを利用することによりSQUIDの作製を実際に行い、その素子を用いた実際の測定を進めていく段階にまで進めることができた。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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