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2023 年度 実績報告書

極低温技術による宇宙素粒子研究の高感度化

計画研究

研究領域地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化
研究課題/領域番号 19H05809
研究機関大阪大学

研究代表者

吉田 斉  大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60400230)

研究分担者 石徹白 晃治  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (20634504)
岸本 康宏  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (30374911)
大谷 知行  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, チームリーダー (50281663)
美馬 覚  国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (50721578)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワード極低温検出器 / ニュートリノ / 暗黒物質探索 / アクシオン / 超伝導検出器
研究実績の概要

CaF2蛍光熱量検出器のデータ分析を進め、CaF2結晶内部の226Ra放射性不純物を起源とする222Rnを親核とした連続α崩壊事象の選定条件を課した事象の観測波高値の比較を怠った。その結果、同一場所で起きたα崩壊の信号波高比は高い精度で一致しており、場所の特定を行った事象では、エネルギー分解能の目標値(Q値でFWHM0.5%)を実現できた。円筒形のCaF2検出器の両端から熱信号(超伝導MMC熱センサーの出力でエネルギー信号)を取得し、熱信号波高の位置依存性を複数センサーによる信号読み出しで解消するためのCaF2蛍光熱量計検出器デザインを行い、検出器を実現するための希釈冷凍機内部の改造を完了できた。
高磁場共振空洞の開発研究においては高いQ値の空胴の開発成果を活かし,超高純度銅空胴を用いて,2024年1月にアクシオン探索実験のエンジニアリングランに成功し,当初を上回る成果を得た
Al-KIDの開発を進め、当初の計画目標である10eV信号を検出できることを準粒子数変化の測定から確認することに成功した。KIDをCaF2基板に実装する方法を確立して、その時の詳細な性能評価をまとめて論文として出版した。多様な検出器開発として、94Zrからのダブルベータ崩壊の検出を目的ととしたZrO2基板上へのKID実装、AISTの開発するγ線TESを用いて錫の二重電子捕獲を探索するアイディアを提唱し、γ線TESのcalibrationデータを用いて実際に半減期の上限値を与えることに成功した。KEK QUPやTESSERACTと協力して、神岡に希釈冷凍機を設置しHeRALDモジュールを動かす準備を始めた。希釈冷凍機設置場所での環境γ線と中性子測定を行い、それをもとにした詳細なバックグラウンド評価を行った。神岡でのHeRALDモジュールを動かした場合の感度評価をまとめ、物理学会で報告した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 14件、 招待講演 2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] KRISS/Institute for Basic Science(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      KRISS/Institute for Basic Science
  • [雑誌論文] Application of gamma Transition-Edge-Sensor (TES) to 112Sn two-neutrino double electron capture search2024

    • 著者名/発表者名
      Koichi Ichimura, Koji Ishidoshiro, Azusa Gando, Kaori Hattori, Takahiro Kikuchi, Hirotake Yamamori, Shinya Yamada, Tadafumi Kishimoto
    • 雑誌名

      PoS TAUP2023

      巻: 2023 ページ: 267

    • DOI

      10.22323/1.441.0267

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RFSoC-based front-end electronics for pulse detection2024

    • 著者名/発表者名
      SN Axani, S Futagi, M Garcia, C Grant, K Hosokawa, S Ieki, K Inoue, K Ishidoshiro, N Kawada, Y Matsumoto, T Nakahata, K Nakamura, R Shouji, H Song, LA Winslow
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 19 ページ: P03013

    • DOI

      10.1088/1748-0221/19/03/P03013

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinetic inductance detectors on calcium fluoride substrate for astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      K Ishidoshiro, T Kobayashi, K Hosokawa, Y Kawamura, Y Kamei, S Mima, C Otani, A A Suzuki, M Zulfakri, T Taino,
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 10 ページ: 103H02

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad124

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Low temperature detector development for underground physics2024

    • 著者名/発表者名
      Sei Yoshida
    • 学会等名
      International Symposium on "Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics" (UGAP2024)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Wave-like dark matter searches2024

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kishimoto
    • 学会等名
      International Symposium on "Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics" (UGAP2024)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study of the response of semiconductor quantum devices to radiation2024

    • 著者名/発表者名
      Gen Takakusa
    • 学会等名
      International Symposium on "Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics" (UGAP2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] 半導体量子デバイスの放射線に対する応答の研究2024

    • 著者名/発表者名
      高草元、岸本康宏、大塚朋廣、吉田斉
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 半導体量子デバイスの放射線に対する応答の研究2024

    • 著者名/発表者名
      高草元
    • 学会等名
      第4回新学術「地下宇宙」若手研究会
  • [学会発表] Study on Response of Quantum Point Contact to Alpha Radiation2024

    • 著者名/発表者名
      Sei Yoshida, Gen Takakusa, Yasuhiro Kishimoto, Tomohiro Ohtsuka
    • 学会等名
      RIEC Annual Meeting on Cooperative Research Projects
    • 国際学会
  • [学会発表] KamiokaCryolab I: Overview and on-site preparation2024

    • 著者名/発表者名
      石徹白晃治
    • 学会等名
      日本物理学会 2024春季大会
  • [学会発表] KamiokaCryolab II: Background estimation for low-mass Dark Matter detection2024

    • 著者名/発表者名
      T. K. Bui , Suerfu Burkhant, M. Garcia-Sciveres, 服部香里, 長谷川雅也, 市村晃一, 石徹白晃治, 亀井雄斗, 日下暁人, 木内健司, X. LiC, 鈴木有春, 鈴木惇也, V. Takhistov, 田島治, 吉田斉
    • 学会等名
      日本物理学会 2024春季大会
  • [学会発表] ガンマTESを用いたスズ112の2重電子捕獲反応探索手法の研究2024

    • 著者名/発表者名
      市村晃一, 石徹白晃治, 丸藤亜寿紗, 菊地貴大, 服部香里, 山森弘毅, 山田真也, 岸本忠史,
    • 学会等名
      日本物理学会 2024春季大会
  • [学会発表] Characterization of Lumped Element Kinetic Inductance Detectors on YSZ Substrates for 94Zr Double-Beta Decay Search2024

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamei, K. Ishidoshiro, R. Ito, T. Kobayashi, S. Mima, Y. Nakajo, C. Otani, T. Taino
    • 学会等名
      International Symposium on "Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics" (UGAP2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電体フリー超伝導共振器の中空構造に関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      中城悠翔, 美馬覚, 野口卓, 大谷知行, 亀井雄斗, 伊藤凌太, 小林達哉,田井野徹
    • 学会等名
      2023年度春季第105回低温工学・超電導学会
  • [学会発表] Evaluation for $gamma$-ray detection efficiency with an activated Tantalum for the half-life measurement of $mathrm{^{180m}}$Ta decay2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Yasuda
    • 学会等名
      Double beta decay and underground science (DBD23)
    • 国際学会
  • [学会発表] Gamma-rays detection efficiency evaluation of low background HPGe detector installed in the Kamioka underground laboratory2023

    • 著者名/発表者名
      Mikito Sakuma
    • 学会等名
      Double beta decay and underground science (DBD23)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation for $gamma$-ray detection efficiency with an activated Tantalum for the half-life measurement of $mathrm{^{180m}}$Ta decay2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Yasuda
    • 学会等名
      6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Gamma-rays detection efficiency evaluation of low background HPGe detector installed in the Kamioka underground laboratory2023

    • 著者名/発表者名
      Mikito Sakuma
    • 学会等名
      6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] CaF2蛍光熱量検出器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      野田健太
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Application of gamma Transition-Edge-Sensor (TES) to 112Sn two-neutrino double electron capture search2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi Ichimura
    • 学会等名
      International Symposium on "Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics" (UGAP2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of gamma Transition-Edge Sensor (TES) to 112Sn two-neutrino double electron capture search2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi Ichimura
    • 学会等名
      XVIII International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2023),
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and evaluation of LEKID on CaF2 substrate for dark matter search2023

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, K. Ishidoshiro, K. Hosokawa, Y. Kawamura, Y. Kamei, S.Mima, C. Otani, A. Suzuki, M. Zulfakri, and T. Taino
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Low Temperature Detectors (LTD20)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development Of Kinetic Inductance Detector On ZrO2 Substrate For Double-Beta Decay Search2023

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kamei, Koji Ishidoshiro, Ryota Ito, Tatsuya Kobayashi, Satoru Mima, Yuto Nakajo, Chiko Otani ,Tohru Taino
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Low Temperature Detectors (LTD20)
    • 国際学会
  • [学会発表] 軽い暗黒物質探索に向けた超伝導検出器の開発・評価2023

    • 著者名/発表者名
      古戸敦也, 石徹白晃治, 細川佳志, 美馬覚, 田井野徹, 小林達哉, 亀井雄斗,
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] CaF2基板両面に配置したAl-LEKIDの開発2023

    • 著者名/発表者名
      小林 達哉,美馬 覚,石徹白 晃治,亀井 雄斗,大谷 知行,田井野 徹
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] YSZ基板を用いた超伝導力学インダクタンス検出器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      亀井 雄斗, 石徹白 晃治, 伊藤 凌太, 小林 達哉, 美馬 覚, 中城 悠翔, 大谷 知行, 田井野 徹
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 稀少現象探索のための超伝導検出器アレイの多重読出とそのデータ処理2023

    • 著者名/発表者名
      千葉悠雅, 成瀬雅人, 市村晃一, 石徹白晃治, 明連広昭
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会(SCE)
  • [学会発表] Nb thin-film superconducting microwave resonator with high quality factor2023

    • 著者名/発表者名
      C. Otani, S. Mima, T. Taino, R. Murayama, T. Noguchi
    • 学会等名
      The 15th International Workshop on High Temperature Superconductors in High Frequency Field (HTSHFF 2023)、イタリアメッシーナ
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of superconducting resonator with an ultra-high quality factor and its possible applications2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamei,C. Otani, S. Mima, T. Taino, R. Murayama, T. Noguchi
    • 学会等名
      The 4th RIKEN Center for Advanced Photonics Advisory Council (RAPAC2023)
  • [学会発表] Development of Microwave Kinetic Inductance Detectors with Lithium Tantalate and Lithium Niobate substrates for achieving high phonon collection efficiency2023

    • 著者名/発表者名
      R. Ito, S. Mima, T. Taino, Y. Kamei, C. Otani
    • 学会等名
      2023 RIKEN Summer School
  • [学会発表] YSZ基板を用いた力学インダクタンス検出器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      亀井雄斗、石徹白晃治、伊藤凌太、小林達哉、美馬覚、中城悠翔、大谷知行、田井野徹
    • 学会等名
      第24回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ・2023年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ
  • [学会発表] 高フォノン収集効率を実現するLT/LN基板を用いたマイクロ波力学インダクタンス検出器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤凌太、美馬覚、田井野徹、亀井雄斗、大谷知行
    • 学会等名
      第24回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ・2023年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ
  • [学会・シンポジウム開催] International Workshop on "Double Beta Decay and Underground Science" DBD232023

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公開日: 2024-12-25  

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