新世代断熱フィルターのコンビネーションで実現する高感度CMB偏光観測

• 研究課題/領域番号: 15H05448
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所 (2016-2018); 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2015)
• 研究代表者: 小栗 秀悟 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 基礎科学特別研究員 (20751176)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
• キーワード: 宇宙物理 / CMB

研究成果の概要

新開発の放射冷却式断熱フィルターRT-MLIを、GroundBIRD望遠鏡に組み込み、望遠鏡の性能向上を行なった。その結果、望遠鏡の窓から300Kの放射熱を導入した状態で、超伝導検出器を、0.20Kまで冷却できた。当初の目標は0.22Kであり、それをさらに20mK低温まで冷却することができた。
望遠鏡の感度は、オランダ宇宙研究所からお借りした検出器を用いて評価し、目標とする感度を達成している事を確認した。期間内に観測開始までは至らなかったが、現在スペインの観測地にて測定の最終準備を進めている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電波望遠鏡は、「大型化」と「検出器の冷却」によって高感度化を実現する。しかし、大型化が進むと光を取り入れる窓からの熱流入が増加し、検出器の冷却が難しくなるため、この二つを高い次元で両立する技術が求められていた。本研究は、その技術を編み出し、本格的に応用した最初の例である。申請者が発明したRT-MLIの技術をCMB偏光観測装置に応用し、期待以上の断熱性を実現できた。この技術は他の電波望遠鏡にも容易に適用可能で、業界全体のブレークスルーをもたらすと期待している。

研究成果

• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] Korea University/Institute for Basic Science(韓国)
• [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] Korea University/Institute for Basic Science(韓国)
• [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)
• [雑誌論文] Optimization of Geomagnetic Shielding for MKIDs Mounted on a Rotating Cryostat (2018)
  • 著者名/発表者名: Kutsuma Hiroki、Hattori Makoto、Kiuchi Kenji、Mima Satoru、Nagasaki Taketo、Oguri Shugo、Suzuki Junya、Tajima Osamu
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 193 号: 3-4 ページ: 203-208
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2036-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GroundBIRD: Observation of CMB Polarization with a Rapid Scanning and MKIDs (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki T. et al.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 193 号: 5-6 ページ: 1066-1074
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2077-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Status of the GroundBIRD Telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: Choi J.、Oguri S.、他
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 168 ページ: 01014-01014
  • DOI: 10.1051/epjconf/201816801014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of an Optical Coupling with Ground-Side Absorption for Antenna-Coupled Kinetic Inductance Detectors (2017)
  • 著者名/発表者名: H. WATANABE, S. MIMA, S. OGURI, M. YOSHIDA et al.
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E100.C 号: 3 ページ: 298-304
  • DOI: 10.1587/transele.E100.C.298
  • NAID: 130005397854
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] World’s Cheapest Readout Electronics for Kinetic Inductance Detector by Using RedPitaya (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Tomita, H. Jeong, J. Choi, H. Ishitsuka, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, O. Tajima
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 19 Jan. 号: 1-2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1485-0
  • 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] Front-End Electronics for the Array Readout of a Microwave Kinetic Inductance Detector Towards Observation of Cosmic Microwave Background Polarization (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ishitsuka, M. Ikeno, S. Oguri, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 13 Jan. 号: 1-2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1467-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of gamma ray bursts at ground level under the thunderclouds (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuroda, S. Oguri, Y. Kato, R. Nakata, Y. Inoue, C. Ito, M. Minowa
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 758 ページ: 286-291
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.05.029
  • 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] GroundBIRD: Observing Cosmic Microwave Polarization at Large Angular Scale with Kinetic Inductance Detectors and High-Speed Rotating Telescope (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Oguri, J. Choi, T. Damayanthi, M. Hattori, M. Hazumi, H. Ishitsuka, K. Karatsu, S. Mima, M. Minowa, T. Nagasaki, C. Otani, Y. Sekimoto, O. Tajima, N. Tomita, M. Yoshida, E. Won
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 30 Dec. 号: 3-4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1420-9
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 超伝導検出器搭載の望遠鏡を用いた宇宙マイクロ波背景放射の精密観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 第6回RAPシンポジウム
• [学会発表] GroundBIRD望遠鏡の観測に向けた超伝導検出器MKIDのノイズ対策 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 電波観測装置を用いた暗黒光子探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 第18回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ・第4回理研NICT合同テラヘルツワークショップ
• [学会発表] 高速回転変調とMKIDによるCMB地上観測実験 ”GroundBIRD” (2018)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 第18回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ・第4回理研NICT合同テラヘルツワークショップ
• [学会発表] Search for hidden photon cold dark matter using radio telescopes (2017)
  • 著者名/発表者名: Shugo Oguri
  • 学会等名: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] 室温エレクトロニクス・安い KID 読み出し装置 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: TIA かけはし・ブレインストーミング研究会
  • 招待講演
• [学会発表] GroundBIRD望遠鏡での検出器読み出しの評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
• [学会発表] GroundBIRD搭載用超伝導検出器MKIDアレイのデザイン設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] GroundBIRD: observation of CMB polarization with fast scan modulation and MKIDs (2016)
  • 著者名/発表者名: Shugo OGURI
  • 学会等名: SPIE. ASTRONOMICAL TELESCOPES + INSTRUMENTATION
  • 国際学会
• [学会発表] GroundBIRD望遠鏡での焦点面構造体の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
• [学会発表] GroundBIRD実験用超伝導検出器MKIDの光学測定試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋期大会
  • 発表場所: 大阪市大（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] GroundBIRD -- observation of CMB polarization at large angular scales with a combination of MKID arrays and a high-speed rotating telescope (2015)
  • 著者名/発表者名: Shugo Oguri
  • 学会等名: 16th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • 発表場所: Grenoble (France)
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会
• [備考] KEK CMB: 宇宙マイクロ波背景放射観測グループ
  • URL: http://cmb.kek.jp