磁気モーメントを持つWarm Dark Matterの探索

• 研究課題/領域番号: 17K14269
• 研究種目: 若手研究(B)
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 稲田 聡明 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任研究員 (20779269)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 素粒子実験 / 暗黒物質 / 磁気モーメント / ファラデー回転 / スピンフィルタ / 光共振器 / パルス強磁場

研究成果の概要

本実験の主な要素はファラデー回転を検出するための光学系と磁場発生系である。光学系については、測定が数ヶ月にわたるため共振器の長期安定性が重要であり、本研究期間にその擾乱耐性が大幅に向上した。電磁石については磁場強度が大きいほどより微小な磁気モーメント並びにより大きな質量に対し感度が向上する。そのため磁場領域は小さいものの瞬間的に20T程度の強磁場を発生可能なソレノイド型パルス電磁石を開発し、その性能評価を行った。さらに窒素ガスを用いた感度の較正を行い、期待通りの性能を確認した。これらにより、パイロット測定を開始するのに十分な環境を整えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

暗黒物質は全宇宙のエネルギー密度の27%を占め、銀河の回転速度、宇宙の大規模構造、宇宙背景輻射スペクトル、重力レンズ効果等の観測からその存在は揺るぎないものとなっている。しかし暗黒物質の質量や種々の量子数といった基本的な性質に加え、重力相互作用以外の、標準理論で記述される粒子との具体的な結合については明らかでない。精密光学系を駆使することで電磁場との結合を持つ軽質量の暗黒物質を探索可能であり、宇宙の進化や時空の構造に対する新たな知見となる。

研究成果

• [雑誌論文] High magnetic fields for fundamental physics (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Battesti, J. Beard, S. Boser, N. Bruyant, D. Budker, S. A. Crooker, E. J.Daw, V. V.Flambaum, T. Inada, I. G. Irastorza, F. Karbstein, D. L. Kim, M. G.Kozlov, Z. Melhem, A. Phipps, P. Pugnat, G. Rikken, C. Rizzo, M. Schott, Y. K. Semertzidis, H. H. J. ten Kate, G. Zavattini
  • 雑誌名: Physics Reports 巻: 765-766 ページ: 1-39
  • DOI: 10.1016/j.physrep.2018.07.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First results from a hidden photon dark matter search in the meV sector using a plane-parabolic mirror system (2018)
  • 著者名/発表者名: Knirck Stefan, Yamazaki Takayuki, Okesaku Yoshiki, Asai Shoji, Idehara Toshitaka, Inada Toshiaki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 11 号: 11 ページ: 031-031
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2018/11/031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Probing Physics in Vacuum Using an X-ray Free-Electron Laser, a High-Power Laser, and a High-Field Magnet (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Inada, T. Yamazaki, T. Yamaji, Y. Seino, X. Fan, S. Kamioka, T. Namba, S. Asai
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 7 号: 7 ページ: 671-682
  • DOI: 10.3390/app7070671
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] OVAL実験：パルス磁石と高フィネス共振器を用いた真空複屈折の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上岡修星, 成田佳奈香, 稲田聡明, 難波俊雄, 浅井祥仁, 吉岡孝高, 五神真, 松尾晶, 金道浩一, 野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] OVAL実験の感度の向上を目指した新型パルス磁石の考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 成田佳奈香, 上岡修星, 稲田聡明, 難波俊雄, 浅井祥仁, 松尾晶, 金道浩一, 野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Far-Infrared Technologies in Axion and Hidden Photon Astroparticle Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Knirck, T. Inada, T. Yamazaki
  • 学会等名: International Workshop on Far-Infrared Technologies 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light-by-light scattering at SACLA/SPring-8 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Inada
  • 学会等名: Probing strong-field QED in electron-photon interactions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LSW experiments with pulsed magnets + Vacuum Magnetic Birefringence (VMB) (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Inada
  • 学会等名: Workshop on HIgh MAgnetic Fields for FUNdamental Physics (HIMAFUN)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Tabletop Experiments
  • URL: https://tabletop.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/Tabletop_experiments/Home.html