2020 Fiscal Year Research-status Report

Study of quantum optical effect in high-density detector arrays for millimeter-wave telescopes

Research Project

Project/Area Number	19K21873
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	日下暁人東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20785703)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	木内健司東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00791071)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	ミリ波望遠鏡 / 量子光学 / 光子相関 / 宇宙マイクロ波背景放射
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、ミリ波望遠鏡の検出器アレイにおける光子の強度相関 (Hanbury-Brown & Twiss効果) を理論・実験の両面から研究する事である。次世代宇宙マイクロ波背景放射(CMB)観測実験であるSimons ObservatoryやCMB-S4実験は、数万から数十万の検出器を擁するミリ波電波望遠鏡群であり、その焦点面に検出器が高密度に配置される。我々は、このような実験で光子がボーズ統計に従うことによる強度相関が無視できず、また、従来CMB望遠鏡の設計においてこの効果が正しく見積もられてこなかった事を指摘した。本研究においては、この効果の大きさを理論的な側面から、特に偏光に注目して算定し、CMB用の検出器を用いた測定により実験的に検証することを目指している。そして、この成果から得た新しい示唆をもって、次世代CMB実験の設計に改良を加える。２年度目においては、理論計算の論文化を進めると共に、実験的測定のための光学測定環境作成を進めた。理論計算部分は、実際の実験での具体的な影響を見積もり、出版論文の執筆を進めた。実験的測定を行うためのセットアップとして、低温黒体光源を作成し、その温度制御などの基本性能を確認した。黒体光源と共に、不要な赤外線流入を防ぐ赤外線フィルタも導入した。また、検出器の読出しに向けた希釈冷凍機システムのセットアップも完了した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 理論計算の論文化については、執筆が進捗しているものの、出版には至らなかった。実験的測定に関しては、新型コロナウィルス感染症拡大の影響もあり、測定に使用する検出器の共同研究者からの提供が遅れているため、測定に至らないものの、測定設備の準備は進んでおり、検出器の提供があり次第測定が行える体制がある。
Strategy for Future Research Activity	３年度目には、理論計算の論文化と、相関効果の実験的測定を行なう。双方とも、十分に準備が進んでおり、十分達成が見込まれる。
Causes of Carryover	先述の通り、論文執筆と実験的測定が一部遅れている。次年度には、これらの作業を行ない、研究を完了させる予定である。このため、次年度使用を行なう。