2012 Fiscal Year Annual Research Report
世界最大の超伝導ミリ波検出器アレイによる宇宙背景放射偏光成分の精密測定
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24684017
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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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, 助教 (60435617)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 宇宙背景放射 / インフレーション / 偏光 / 超伝導検出器 |
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| Research Abstract |
本研究は、世界最高感度を有する宇宙背景放射(CMB)観測実験装置「POLARBEAR-2」を完成させ、CMB偏光の精密測定を行なって、原始重力波を主要なインフレーション理論で発見が予想される相対強度1%のレベルまで探索する事を目的とする。CMB偏光測定はインフレーションの直接の証拠となる原始重力波発見のもっとも有望な手法であり、宇宙論最大の課題であるインフレーション宇宙の実験的検証が現実的なレベルでいよいよ可能になる。
本年度は主として偏光検出器を配置する為のクライオスタットの開発及び検出器の性能を評価する為の試験システムの開発を進めた。POLARBEAR-2は7600個の超伝導検出器を用い焦点面の大きさが直径40cmとCMB実験としては過去最大となる為、焦点面を検出器が動作する350mKに冷却・維持する事が一つの開発項目となる。低温技術に関してはKEKの超伝導低温工学センター及び機械工作センターの協力の下、現在負荷無し(検出器、読み出し部無し)の状態でクライオスタットの各ステージを予定の温度まで冷却する事に成功している。
また、本観測での測定感度を最大限発揮する為、観測に用いる検出器の特性を予め実験室で評価しておく必要がある。特にミリ波に対する感度、感度の周波数特性、ノイズ特性等は、本番での観測計画(観測する空の大きさ、スキャンの速さ等)の立案に直結する重要項目である。ただし、POLARBEAR-2クライオスタットは上述の通り大きく、冷却、昇温を含めで一通り検出器の動作を確認するのにおよそ1か月の期間が必要となる為、小型のシステムを準備して検出器の性能を短期間で評価できるセットアップが必要となる。本年度はこの試験システムの開発を行い、検出器を模擬した抵抗を読み出す事に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績で述べた通り、POLARBEAR-2レシーバー開発の一つの鍵は検出器を動作温度まで冷やせるかどうかであるが、冷却に関してすでに目途がついており研究計画からの遅延が無い事。また、少数の検出器を短期間で試験するシステムの開発は、研究計画を実施する中で新たに試みた事であるが、POLARBEAR-2に限らず他の(MKIDs等の)超伝導検出器のR&Dにも流用可能であり、また読み出し系の開発など多彩な応用が期待できる。以上を考慮し、当初の進展以上に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
レシーバークライオスタットの開発が完了し次第、光学部、読み出し部を組み上げ、本研究課題で開発する基準偏光源を用いて、統合試験を行う。試験が終わり次第システムをチリに輸送し観測の準備を行う。本研究課題最終年度には実際にCMB観測を行い、初期のデータを用いて結果を公表する事を目指している。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
別予算により開発が進んでいる「検出器の多重読み出し」の原理検証が予定より遅れた為、検出器の信号を常温のエレクトロニクスまで送る為の低温部の読み出しシステムの開発に遅れが生じ、当該助成金が発生した。次年度は読み出し系も含め、レシーバシステム全体の完成を目指す。
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