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世界最大のミリ波超伝導検出器アレイで迫るニュートリノ質量絶対スケール

研究課題

研究課題/領域番号 20H01921
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

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, 研究機関講師 (60435617)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
キーワード宇宙背景放射 / ニュートリノ / 偏光 / 超伝導検出器
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、従来に無い高感度な宇宙マイクロ波背景放射の観測を実現し、いまだ未解明なニュートリノ質量の絶対スケールに迫ることである。その為に1)世界最大規模の超伝導ミリ波検出器アレイ"POLARBEAR-2"を有する偏光観測装置群「Simons Array」実験において全望遠鏡を立ち上げ科学観測を開始し、2) 本研究計画独自のアイディアを盛り込んだ検出装置の較正を実行して系統誤差を抑え、3) 重力レンズBモードの精密測定を実現して、有限なニュートリノ質量和の探索を行う。

研究実績の概要

本研究では、従来に無い高感度な宇宙マイクロ波背景放射の観測を実現し、いまだ未解明なニュートリノ質量の絶対スケールに迫る事を目標としている。そのために、世界最大規模の超伝導ミリ波検出器アレイ"POLARBEAR-2"を有する偏光観測装置群「Simons Array」実験において3台の望遠鏡を立ち上げ科学観測を開始する事を目指している。本年度は、1台目の望遠鏡の運用を継続すると共に、2台目望遠鏡に関して前年度に発生した低温光学素子用の反射防止膜の剥離問題を解決し素子の再製作を行った上で、現地での導入およびコミッショニング観測を開始した。望遠鏡の運用に関しては、セミリアルタイムモニターを用いてリモートモニター・シフト体制を立ち上げ、現地チリ及び米国研究者と協力して安定運用を開始した。
装置の応答性を人工のミリ波源を用いて定期的にモニターするための装置"Stimulator"に関しても運用および解析を一手に引き受け、データ解析に向けたフレームワーク作りも完了した。さらにセンサーからのアナログデータをデジタルデータに変換する常温のエレクトロニクスの温度変化が無視できない事を特定し、温度管理を行うための超高感度な常温の温度モニターシステムを開発し論文に発表した。また、観測データの解析も着実に進展している。生データにフィルターや較正等の処理を施す解析フレームワークの開発を進めた。また較正手法の一つとしてプランク衛星データとの相互相関解析等の準備も行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究実績で述べたとおり、2台目望遠鏡に関して技術的な困難を克服して、現地への導入及び立ち上げを果たすなど、着実にプロジェクトを前に進めているが、2台目について試験観測を開始した段階で、2台体制による安定した科学観測を開始する所まで実現しなかった事に基づき、やや遅れている、とした。ただし解析コードの準備をすすめ、データに基づいて微弱なバイアスをとらえる"ヌルテスト法"を実装した解析パイプラインを整えるなど、の研究を先取りして進めているため、全体としての遅延は発生していない。

今後の研究の推進方策

今後は、今年度にレシーバーの搭載を行った2台目望遠鏡の立ち上げを含め、2台体制での安定したデータ取得およびオフラインでのデータ処理を行う体制を整える。試験観測の結果を踏まえて、予想感度に基づき観測領域や機器較正も含めたプロジェクトの全体計画を策定し科学成果の創出を目指す。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (17件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学サンディエゴ校/ローレンス・バークレー国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] マギル大学/ダルハウジー大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] オルセー大学/サクレー大学/パリ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] SISSA(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学サンディエゴ校/ローレンス・バークレー国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] マギル大学/ダルハウジー大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] オルセー大学/サクレー大学/パリ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] SISSA(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学サンディエゴ校/ローレンス・バークレー国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] マギル大学/ダルハウジー大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] オルセー大学/サクレー大学/パリ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] SISSA(イタリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of an epoxy-based millimeter absorber with expanded polystyrenes and carbon black for an astronomical telescope2023

    • 著者名/発表者名
      Inoue Yuki、Hasegawa Masaya、Hazumi Masashi、Takada Suguru、Tomaru Takayuki
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 62 号: 5 ページ: 1419-1419

    • DOI

      10.1364/ao.480162

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband Multi-layer Anti-reflection Coatings with Mullite and Duroid for Half-wave Plates and Alumina Filters for CMB Polarimetry2022

    • 著者名/発表者名
      Sakaguri Kana、Hasegawa Masaya、Sakurai Yuki、Hill Charles、Kusaka Akito
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 209 号: 5-6 ページ: 1264-1271

    • DOI

      10.1007/s10909-022-02847-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improved Upper Limit on Degree-scale CMB B-mode Polarization Power from the 670 Square-degree POLARBEAR Survey2022

    • 著者名/発表者名
      The POLARBEAR collaboration, and Y. Chinone et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 931 号: 2 ページ: 101-101

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac6809

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-precision temperature monitoring system for room-temperature equipment in astrophysical observations2022

    • 著者名/発表者名
      Tanabe Daiki、Hasegawa Masaya、Hazumi Masashi、Katayama Nobuhiko、Kikuchi Shuhei、Lee Adrian、Nishino Haruki、Takakura Satoru
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 8 号: 03 ページ: 036003-036003

    • DOI

      10.1117/1.jatis.8.3.036003

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Method for rapid performance validation of large TES bolometer array for POLARBEAR-2A using a coherent millimeter-wave source2021

    • 著者名/発表者名
      Segawa Yuuko et al.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: - ページ: 00-00

    • DOI

      10.1063/5.0038197

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Data acquisition and management system for the CMB polarization experiment: Simons Array2020

    • 著者名/発表者名
      Nishino Haruki et al.
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: - ページ: 1145329-1145329

    • DOI

      10.1117/12.2560616

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] A Measurement of the CMB E-mode Angular Power Spectrum at Subdegree Scales from 670 Square Degrees of POLARBEAR Data2020

    • 著者名/発表者名
      Adachi S. et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 904 号: 1 ページ: 65-65

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abbacd

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Simons Array and Simons Observatory -Probing cosmic inflation and particle physics from Chile2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川雅也
    • 学会等名
      International Conerence on the Physics of the Two Infinities
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CMB偏光観測に向けたSimons Array実験の解析の現状2023

    • 著者名/発表者名
      竹内敦人 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験の概要と2台目望遠鏡の準備状況2023

    • 著者名/発表者名
      坂栗佳奈 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験, POLARBEAR実験のかに星雲の観測によるAxion探索の現状2023

    • 著者名/発表者名
      山田恭平 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験におけるデータ選別手法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      村田雅彬 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験における検出器応答の非線形性の評価2023

    • 著者名/発表者名
      西ノ宮ゆめ 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] POLARBEAR実験によるCMB偏光を用いたAxion探査の現状2023

    • 著者名/発表者名
      茅根裕司 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      天文学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CMB偏光観測で迫るインフレーション宇宙2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川雅也
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Simons Array実験における検出器応答および視線方向の評価2022

    • 著者名/発表者名
      西ノ宮ゆめ 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Arrayにおける角度較正手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      村田雅彬 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験, POLARBEAR実験のかに星雲の観測によるAxion探索2022

    • 著者名/発表者名
      山田恭平 他POLARBEAR Collaboration
    • 学会等名
      天文学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験2021年の準備状況2021

    • 著者名/発表者名
      金子大輔 他POLARBEARコラボレーション
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] POLARBEAR実験によるCMB円偏光探索に向けた半波長板の評価32021

    • 著者名/発表者名
      藤野琢郎 他POLARBEARコラボレーション
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験 観測サイトにおけるコミッショニング2021

    • 著者名/発表者名
      金子大輔 他POLARBEARコラボレーション
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験における人工較正光源を用いた検出器感度最適化の手法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      高取沙悠理 他POLARBEARコラボレーション
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] POLARBEAR-2/Simons Array実験 -観測機器コミッショニング状況 -2020

    • 著者名/発表者名
      長谷川雅也
    • 学会等名
      天文学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] POLARBEAR-2/Simons Array実験 -観測サイトでの観測機器準備状況 -2020

    • 著者名/発表者名
      長谷川雅也
    • 学会等名
      天文学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験の現状報告2020

    • 著者名/発表者名
      西野玄記
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] POLARBEAR-2aにおける較正光源を利用した検出器の監視と評価2020

    • 著者名/発表者名
      金子大輔
    • 学会等名
      天文学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Simons Array実験の進捗報告2020

    • 著者名/発表者名
      西野玄記
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Data acquisition and management system for the CMB polarization experiment: Simons Array2020

    • 著者名/発表者名
      Haruki Nishino
    • 学会等名
      SPIE (国際学会)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] KEK-CMBグループ

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] POLARBEARグループweb

    • URL

      http://bolo.berkeley.edu/polarbear/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] Masaya Hasegawa's Homepage

    • URL

      https://research-up.kek.jp/people/masayan/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] KEK-CMBグループ

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 量子場計測システム国際拠点

    • URL

      https://www2.kek.jp/qup/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] KEK-CMBグループ

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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