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電波望遠鏡を応用した新しい素粒子実験の開拓 ― 暗黒光子の探索

研究課題

研究課題/領域番号 16K13809
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
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 (2017-2019)
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2016)

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) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード宇宙素粒子 / 暗黒物質 / 暗黒光子 / 宇宙物理 / CMB
研究成果の概要

本研究は、暗黒物質の候補である、"暗黒光子"の探索実験を目的としている。電波望遠鏡を流用することで、スピーディに最先端の探索実験を行うことを計画している。 申請者は、高感度ミリ波分光観測器"KUMODeS"を用いて暗黒光子探索を行った。探索した暗黒光子の質量は1e-4eV付近である。光子と暗黒光子の結合の強さを表す混合確率に対して、この領域では初となる、1e-10台の上限値がつけられた。この成果は論文にまとめ、現在JCAPに投稿中である。並行して、GroundBIRDによる探索実験を進めている。期間内の探索には至らなかったが、試験運用を行い、実験の実現性を実証することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の学術的な意義は、まだ誰も探索していないミリ波帯を探索する点である。この帯域は、技術的な困難さから世界中の素粒子分野の研究者が攻めあぐねている未開拓領域である。宇宙・天文観測をおこなう電波望遠鏡技術を応用することによって、この質量領域を開拓する。
暗黒光子は素粒子の標準理論からは予言されない粒子で、それを捉えた暁には未知の物理の存在が示唆される。今後の素粒子物理学に新たな方向付けを与える。また、暗黒光子が暗黒物質の一端を担っていることも同時に証明する。宇宙創生期に暗黒物質がどのように生まれたのか、という謎に大きく迫ることができる。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] コリア大/IBS(韓国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Development of Large Array of Kinetic Inductance Detectors Using Commercial-Class External Foundries2020

    • 著者名/発表者名
      Kiuchi K.、Oguri S.、Mima S.、Otani C.、Kusaka A.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: - 号: 5-6 ページ: 353-362

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02453-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves2019

    • 著者名/発表者名
      Kutsuma H.、Hattori M.、Koyano R.、Mima S.、Oguri S.、Otani C.、Taino T.、Tajima O.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 3 ページ: 032603-032603

    • DOI

      10.1063/1.5110692

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of Geomagnetic Shielding for MKIDs Mounted on a Rotating Cryostat2018

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] GroundBIRD: Observation of CMB Polarization with a Rapid Scanning and MKIDs2018

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Status of the GroundBIRD Telescope2018

    • 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

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 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 Detectors2017

    • 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
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Observation of gamma ray bursts at ground level under the thunderclouds2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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: observations of CMB polarization with fast scan modulation and MKIDs2016

    • 著者名/発表者名
      S. Oguri, J. Suzuki (18番目) et al.
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 9906 ページ: 99063L-99063L

    • DOI

      10.1117/12.2231672

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] CMB偏光観測実験“GroundBIRD”-観測所における回転冷却系の設置と運用2020

    • 著者名/発表者名
      小栗秀悟
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Search for hidden photon cold dark matter using radio telescopes2017

    • 著者名/発表者名
      Shugo Oguri
    • 学会等名
      17th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 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
    • 発表場所
      物質材料研究機構(茨城県つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] GroundBIRD: observation of CMB polarization with fast scan modulation and MKIDs2016

    • 著者名/発表者名
      Shugo Oguri
    • 学会等名
      SPIE - Ground-based and Airborne Telescopes VI (vol. 9906)
    • 発表場所
      Edinburgh, UK
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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
    • 発表場所
      宮崎大学(宮崎県宮崎市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-22  

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