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2019 年度 実績報告書

ニュートリノ質量和測定・TeVを超える物理の探索を実現する次世代CMB観測

計画研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 18H05539
研究機関東京大学

研究代表者

日下 暁人  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20785703)

研究分担者 木内 健司  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00791071)
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)
田島 治  京都大学, 理学研究科, 准教授 (80391704)
服部 誠  東北大学, 理学研究科, 准教授 (90281964)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード宇宙マイクロ波背景放射 / ニュートリノ / インフレーション
研究実績の概要

本計画研究では、初期宇宙観測という切り口で、本領域の目標「ニュートリノを軸とした新しい素粒子・宇宙像の創造」に挑む。宇宙背景放射(CMB)と宇宙背景ニュートリノ(CνB)は、どちらも初期宇宙のビッグバンに起源を持つ。現在、CMBはその偏光パターンも含めた超精密観測が進展している。特に、奇パリティを持つ「Bモード」の観測から、1)銀河団が作る重力レンズ効果の強度観測、それにCνBが与える影響を通したニュートリノ質量和の測定と、2)原始重力波由来のBモード探索による、「初期宇宙インフレーション」の研究、が可能となる。以上の研究を、世界最先端実験の一つで、POLARBEAR実験の後継であるSimons Array (SA)と、ユニークな観測を目指す純国産実験GroundBIRD (GB)、両者のデータ解析等を推し進めることにより行う。それと同時に、次世代実験CMB-S4にむけた技術開発を推し進めることで、その先でさらに測定精度を向上することを目指す。
SAは2018年12月に1台目望遠鏡がチリ・アタカマにて観測開始、2019年の試験観測を通して受信機の性能評価を行った。GBは2019年9月に観測を開始し検出器試験等を進めた。また、SAの前身であるPOLARBEAR実験のデータ解析を進め、インフレーションやニュートリノに関連する解析成果を発表した。加えて、これらの実験のための解析パイプライン開発が順調に進行している他、銀河からの前景放射のモデル構築においても進展があった。超伝導検出器及び多重読出しについても、検出器の評価を行なったほか、5G世代移動通信のためのチップを活用した読出し技術開発や、新しい検出器較正アルゴリズムの開発などで進展があった。

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

COVID-19の影響により、SA観測サイトであるアタカマ(チリ)およびGB観測サイト(テネリフェ)の双方へのアクセスが一時困難となり、観測を長期間にわたって中断する事態となった。この間、パイプライン・データ解析手法の開発や検出器・読出し開発に注力することで、研究への遅れを最小限に留める対応を行なっている。

今後の研究の推進方策

国内および米国機関との連携によりSA用の解析ソフトウェアの開発とデータ解析を推進する。物理成果の基礎となるデータ選別・CMBマップ作成部分のパイプラインを完成させ、そこからデータ解析を進める事で物理結果の出版を行う体制を整える。GBにおいてもここで開発した技術・アルゴリズムを活用してパイプライン開発を行なう。このパイプライン開発においては、HPC(High Performance Computation)環境で大型並列計算が可能なデータ解析フレームワークの実装を引き続き進める。また、機械学習のデータ選別への適用を実現する。超伝導検出器の読み出し技術は、低コストで実現できるエレクトロニクス開発を進めると共に、多チャンネルを同時較正する技術の確立を目指す。検出器の評価に関しても、5000個程度の検出器を同時に評価できるシステムの開発を引き続き進める。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] UC Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory/UC San Diego(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      UC Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory/UC San Diego
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] コリア大学(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      コリア大学
  • [国際共同研究] カナリア天体物理研究所(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      カナリア天体物理研究所
  • [雑誌論文] Deployment of Polarbear-2A2020

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Daisuke、他Simons Array Collaboration
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 199 ページ: 1137~1147

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02366-w

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Stray Impedance in Frequency-Division Multiplexed Readout of TES Sensors in POLARBEAR-2b2020

    • 著者名/発表者名
      Elleflot T.、Arnold K.、Barron D.、Crowley K. T.、Dobbs M.、Groh J.、Hasegawa M.、Hazumi M.、Hill C.、Howe L.、Ito J.、Jeong O.、Kaneko D.、Katayama N.、Keating B.、Kusaka A.、Lee A. T.、Lowry L. N.、Raum C.、Seibert J.、Silva-Feaver M.、Siritanasak P.、Suzuki A.、Takakura S.、Takatori S.、Tsai C.、Westbrook B.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 199 ページ: 840~848

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02387-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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: 200 ページ: 353~362

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02453-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GroundBIRD: A CMB Polarization Experiment with MKID Arrays2020

    • 著者名/発表者名
      Lee K.、他GroundBIRD Collaboration
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 200 ページ: 384~391

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02511-5

  • [雑誌論文] Thermal emission from the amorphous dust: An alternative possibility of the origin of the anomalous microwave emission2019

    • 著者名/発表者名
      Nashimoto Masashi、Hattori Makoto、G?nova-Santos Ricardo、Poidevin Fr?d?rick
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 72 ページ: 6-1~6-21

    • DOI

      10.1093/pasj/psz124

    • 査読あり / 国際共著
  • [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 ページ: 032603~032603

    • DOI

      10.1063/1.5110692

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-correlation of CMB Polarization Lensing with High-z Submillimeter Herschel-ATLAS Galaxies2019

    • 著者名/発表者名
      Faundez M. Aguilar、他POLARBEAR Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 886 ページ: 38~38

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab4a78

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evidence for the Cross-correlation between Cosmic Microwave Background Polarization Lensing from Polarbear and Cosmic Shear from Subaru Hyper Suprime-Cam2019

    • 著者名/発表者名
      Namikawa T.、Chinone Y.、Miyatake H.、Oguri M.、Takahashi R.、Kusaka A.、Katayama N.、他POLARBEAR Collaboration and SUBARU/HSC Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 882 ページ: 62~62

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab3424

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Development of MKIDs for the CMB polarization experiment “GroundBIRD”2020

    • 著者名/発表者名
      H. ISHIDA, S. MIMA, 他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会(SCE)
  • [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、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] CMB偏光観測実験“GroundBIRD”-天体を用いた初期観測と望遠鏡の性能評価2020

    • 著者名/発表者名
      本多俊介、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] CMB偏光観測実験“GroundBIRD”?実験室での検出器の製作と評価2020

    • 著者名/発表者名
      美馬覚、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] CMB偏光観測実験GroundBIRD - 天体を用いた観測地での性能評価 -2020

    • 著者名/発表者名
      沓間弘樹、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本天文学会2020春季年会
  • [学会発表] CMB偏光観測に用いるTESの熱的・電気的特性評価の進捗および光学評価の準備状況2020

    • 著者名/発表者名
      西ノ宮ゆめ, 木内健司, 日下暁人, Johannes HubmayrA, Adrian LeeB, C, Christopher RaumB, Trevor SasseB, Aritoki SuzukiC, Ben Westbrook
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] POLARBEAR実験による最新Bモード偏光観測結果の総括2020

    • 著者名/発表者名
      茅根裕司 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] POLARBEAR実験によるCMB円偏光成分の探索2020

    • 著者名/発表者名
      藤野琢郎 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] POLARBEAR-2/Simons Array実験の現状2020

    • 著者名/発表者名
      西野玄記 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] 較正光源を用いた観測サイトにおけるPOLARBEAR-2の光学試験状況2020

    • 著者名/発表者名
      高取沙悠理 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] POLARBEAR-2装置温度モニターシステム開発の現状2020

    • 著者名/発表者名
      田邉大樹 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] Novel measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing a power of readout microwaves2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kutsuma, M. Hattori, R. Koyano, S. Mima, S. Oguri, C. Otani, T. Taino, and O. Tajima
    • 学会等名
      18th international workshop on Low Temperature Detectors (LTD18)
    • 国際学会
  • [学会発表] GroundBIRD: CMB polarization experiment with MKID array2019

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Lee, GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      18th international workshop on Low Temperature Detectors (LTD18)
    • 国際学会
  • [学会発表] GroundBIRD: an experiment for CMB polarization observation with high-speed scan and MKIDs2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kutsuma他GroundBIRDコラボレータ
    • 学会等名
      The 20th Workshop on Submillimeter-Wave Receiver Technology in Eastern Asia
    • 国際学会
  • [学会発表] CMB偏光観測実験 GroundBIRDの観測地設置状況および性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      田島治、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] CMB 観測実験 GroundBIRD における最終試験ならびに観測サイト整備状況2019

    • 著者名/発表者名
      長崎岳人 (理研)、他GroundBIRD Collaboration
    • 学会等名
      日本天文学会2019秋期年会
  • [学会発表] CMB偏光観測に用いるTES性能評価における環境・手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      西ノ宮ゆめ, Simons Observatory collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次秋季大会
  • [学会発表] POLARBEAR実験による重力レンズ起源Bモード偏光サーベイと原始重力波起源Bモード偏光サーベイの最新結果2019

    • 著者名/発表者名
      茅根裕司 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次秋季大会
  • [学会発表] POLARBEAR-2実験の現状2019

    • 著者名/発表者名
      西野玄記 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次秋季大会
  • [学会発表] POLARBEAR-2実験における望遠鏡常温部の温度モニターシステムの研究2019

    • 著者名/発表者名
      菊地修平 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次秋季大会
  • [学会発表] POLARBEAR-2用較正光源の観測サイトでの運用試験状況について2019

    • 著者名/発表者名
      高取沙悠理 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次秋季大会

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公開日: 2021-12-27  

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