ＰＯＬＡＲＢＥＡＲ２による宇宙背景放射偏光観測を用いたインフレーション理論の検証

• 研究課題/領域番号: 13J03626
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 総合研究大学院大学
• 研究代表者: 井上 優貴 総合研究大学院大学, 高エネルギー加速器科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 宇宙論 / CMB / 原始重力波 / マイクロ波 / 低温 / 電波 / 観測的宇宙論 / 実験的宇宙論 / 宇宙マイクロ波背景放射 / ミリ波 / サブミリ波 / B-MODE

研究実績の概要

本研究は宇宙マイクロ波背景放射の偏光パターン"Bモード"を観測する事によって、初期宇宙の探索を行う事を目的とした研究である。本研究ではPOLARBEAR-2実験と呼ばれるBモードの偏光パターンをチリで精密観測する実験に参加し、精密観測に必要不可欠な受信器システムの開発を行った。私たちの受信器システムは7588個のTESボロメーターを搭載する事で大統計観測を実現する。さらに95GHzと150GHzの周波数帯で測定を行う事で系統誤差を抑制できる。このシステムは、従来の装置の延長技術による実現は困難である事が知られている。特に受信器システムを実現する為には、大型口径の受信器システムを支える低温屈折光学系の構築と、綿密な熱設計が必要不可欠である。報告者は特にこれらの問題に取り組み、これらの技術を実現した。
まず、報告者は屈折光学系のレンズ素材の実測定を行うことでアルミナ光学系の選定に強く貢献した。報告者は実際にアルミナのレンズを３枚開発し、光学試験を行う事で技術実証した。そして、アルミナ光学系の性能を大幅に向上する為に、新しい反射防止膜の開発を行い実現した。これら一連の技術は論文および国際会議で発表した。
さらに、綿密な熱設計を構築する為に必要不可欠な赤外線防止フィルターを新しく開発した。従来の赤外線防止フィルターはプラスチックが使用されて来たが、大型システムではフィルター自身の温度上昇が見られる事が知られていた。そこで報告者は従来の1000倍の熱伝導率を持つアルミナ赤外線防止フィルターを開発する事に成功した。これらの一連の技術は海外の他の実験でも採用されており、大型口径の実現する為のスタンダード技術の構築に貢献した。
これらの素子は実際の装置に装着し、プロトタイプの検出器を用いた統合試験で十分な性能を持つ事を
実証した。これら一連の評価を行う事で受信器システムの実現を達成した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] UC Berkeley/UC Sandiego/LBNL(米国)
• [国際共同研究] APC(フランス)
• [国際共同研究] Macgill University(カナダ)
• [国際共同研究] Cardiff University(英国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Millimeter-Wave Broadband Anti-Reflection Coatings Using Laser Ablation of Sub-Wavelength Structures (2016)
  • 著者名/発表者名: TOMOTAKE MATSUMURA, KARL YOUNG, QI WEN, SHAUL HANANY, HIROKAZU ISHINO, YUKI INOUE, MASASHI HAZUMI, JÜRGEN KOCH, OLIVER STUNTMAN, VIKTOR SCHÜTZ
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 55 号: 13 ページ: 3502-3509
  • DOI: 10.1364/ao.55.003502
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modeling atmospheric emission for CMB ground-based observations (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Errard, P.A.R. Ade, Y. Akiba, K. Arnold, M. Atlas, C. Baccigalupi, D. Barron, D. Boettger, J. Borrill, S. Chapman, Y. Chinone, A. Cukierman, J. Delabrouille, M. Dobbs, A. Ducout, T. Elleflot, G. Fabbian, C. Feng, S. Feeney, A. Gilbert et al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 809 号: 1 ページ: 63-72
  • DOI: 10.1088/0004-637x/809/1/63
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] POLARBEAR Constraints on Cosmic Birefringence and Primordial Magnetic Fields (2015)
  • 著者名/発表者名: POLARBEAR Collaboration, P. A. R. Ade, O. Tajima (78番目), 他84名
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 92 号: 12 ページ: 123509-123509
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.123509
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for Gravitational Lensing of the Cosmic Microwave Background Polarization from Cross-Correlation with the Cosmic Infrared Background (2014)
  • 著者名/発表者名: POLARBEAR Collaboration, P.A.R. Ade et.al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 号: 13 ページ: 131302-131302
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.131302
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of the Cosmic Microwave Background Polarization Lensing Power Spectrum with the POLARBEAR Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: POLARBEAR Collaboration, P.A.R. Ade et.al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 号: 2 ページ: 021301-021301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.021301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Measurement of the Cosmic Microwave Background B-Mode Polarization Power Spectrum at Sub-Degree Scales with POLARBEAR (2014)
  • 著者名/発表者名: POLARBEAR Collaboration, P.A.R. Ade et.al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 794 号: 2 ページ: 171-171
  • DOI: 10.1088/0004-637x/794/2/171
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryogenic infrare filter made of alumina filter for use at millimeter wa velength (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Inoue, Tomotake matsumura, Masashi Hazumi, Adrian T. Lee, Takahiro Okamura, Aritoki Suzuki, Takayuki Tomaru, Hiroshi Yamaguchi
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 53 ページ: 1727-1733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for Gravitational Lensing of the Cosmic Microwave Backgroun d Correlation with the Cosmic Infrared Background (2014)
  • 著者名/発表者名: P. A. R. Ade, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 112 ページ: 131302-131302
  • 査読あり
• [学会発表] POLARBEAR-2受信器システムを用いた低温光学系の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 秋葉祥希，片山伸彦，日下暁人, 鈴木有春，鈴木純一，瀬川優子，高取沙悠理，高倉理, 高田卓，茅根裕司，都丸隆行，西野玄記， 羽澄昌史，長谷川雅也，服部香里，濱田崇穂，堀泰斗 他POLARBEAR-2 コラボレーレーション
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] POLARBEAR-2における大型低温光学系の構築と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴、高取沙悠理、濱田崇穂、秋葉祥希、片山伸彦、 日下暁人、鈴木有春、鈴木純一、瀬川優子、高倉理、高田卓、 茅根裕司、都丸隆行、西野玄記、羽澄昌史、長谷川雅也、 服部香里、堀泰斗、松村知岳 他POLARBEAR-2 コラボレーション
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] POLARBEAR-2 receiver system for CMB polarization measurement (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Inoue et.al.
  • 学会等名: Joint Symposium of MTSA 2015 & Teranano 2015
  • 発表場所: OIST
  • 年月日: 2015-06-30
• [学会発表] POLARBEAR-2 における光学系の評価と開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 瀬川優子, 堀泰斗, 鈴木有春, 鈴木純一, 高田卓, 都丸隆行, 羽澄昌史, 長谷川雅也, 松 村知岳 ほか POLARBEAR-2 コラボレーション
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 佐賀大学
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-19
• [学会発表] POLARBEAR-2 におけるミリ波吸収体の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 鈴木有春, 高田卓, 都丸隆行, 羽澄昌史, 長谷川雅也, 堀泰斗, ほか POLARBEAR-2 コラボレーション
  • 学会等名: 天文学会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Thermal and optical characterization for POLARBEAR-2 optical cryostat (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Inoue, P.A.R. Ade, Y. Akiba, K. Arnold, A.E. Anthony, M. Atlas, D. Barron, A. Bender, D. Boettger, J. Borrill, S. Chapman, Y. Chinone, A. Cukierman, M. Dobbs, T. Elleflot, J. Errard, G. Fabbian, N. Stebor,C. Feng, A. Gilbert (他 48 名)
  • 学会等名: SPIE
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-04
• [学会発表] POLARBEAR-2による極低温光学チェンバーの評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 都丸隆行, 松村知岳, 鈴木有春, 鈴木純一, 羽澄昌史, 山口博史他POLARBEAR-2Collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-27
• [備考] KEK CMB
  • URL: http://cmb.kek.jp
• [産業財産権] 電波吸収材 (2015)
  • 発明者名: 井上優貴、羽澄昌史、都丸隆之
  • 権利者名: 井上優貴、羽澄昌史、都丸隆之
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-03-11