| 研究課題/領域番号 |
23K13117
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 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
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹内 敦人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特別研究員 (60962397)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2024年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 宇宙マイクロ波背景放射 / CMB |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究はSimons Observatoryに向けて検出機の性能評価を行う。Simons Obsavatoryは、火の玉宇宙の残光であるCMBの精密観測を目指す実験である。日本グループは低い周波数帯に感度を持った望遠鏡を担当するため、検出機の評価においても低い周波数の光源を用意する必要がある。そこで、汎用的な基板用の素材Duroidを用いた光学ローパスフィルターの作成手法を確立することで迅速に検出器の性能評価を実現する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のBモード測定とインフレーション理論の検証を目的とし、CMB観測実験Simons Observatoryの4台目小口径望遠鏡の開発を進めている。特に、50 GHz程度のカットオフを持つメタルメッシュローパスフィルターを開発し、そのフィルターを用いて数十GHzに帯域を持つマイクロ波検出器の性能を評価することに焦点を当てている。
今年度はシミュレーションをベースにしたローパスフィルター開発を進めた。有限要素シミュレーションツールCOMSOLを用いてメタルメッシュのパラメータを最適化し、"カットオフ周波数がおよそ50 GHz, 帯域内での透過率が~50%以下"という要請を満たすメッシュ条件を導き出した。導出したメッシュパターンをDuroid基板に刻印することでローパスフィルター実機を複数種類作製した。さらに、vector network analyzerを用いた測定系を用意して、作製したフィルターの透過率を測定しCOMSOLシミュレーションの結果とフィルター実機の透過率が一致していることが確認できた。以上により、duroid基板を用いたフィルターの作製手法を確立したと言える。
並行して、フィルターの透過率測定のために築いた測定系を流用することで、4台目小口径望遠鏡に搭載する可能性のある反射防止膜や黒体吸収体の反射率・透過率測定も行った。それぞれの測定結果から、4台目望遠鏡が観測する周波数帯において、反射防止膜や黒体吸収体が要請を満たしていることが確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
シミュレーションにより、カットオフ・透過率の両観点から要求を満たすパラメータ条件を複数見出し、実機の作製に取り付けた。さらに実機において期待通りのパフォーマンスを確認できた。
加えて、フィルター開発のために構築した測定系をそのほかの測定にも応用している。
以上を踏まえて概ね順調に進展していると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
作製したフィルターを用いてマイクロ波検出器の性能評価を行う。
検出器は米国で開発が進められているため、検出器が完成し日本へ輸送され次第評価を行う。検出器開発が遅れる可能性があるが、研究室で所有している希釈冷凍機内にフィルターや検出器を設置できるようセットアップを整えておくことでできる限り遅れを相殺する。評価項目としては、検出器のノイズレベル、光学効率、検出器間の光子相関などを考えている。
並行して、反射防止フィルターや黒体素材の反射率・透過率測定を継続する。
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