大角度スケールCMB偏光パターンの地上観測実験によるインフレーション宇宙の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05743
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 田井野 徹 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359592) ; 関本 裕太郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (70262152) ; 田島 治 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80391704)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙物理 / ミリ波 / 宇宙マイクロ波背景放射 / Bモード偏光 / 超伝導検出器

研究実績の概要

GroundBIED望遠鏡を完成させ、スペイン・テイデ観測所での回転の試運転、冷却試験、読み出し回路の試験を完了し、ファーストライト（観測の開始）を達成した。また、ワイヤーグリッドを使った独自の偏光較正手法の原理実証も行った。

ファーストライトの観測では、GroundBIRD望遠鏡独自の回転スキャンによって観測した月のミリ波帯イメージの取得に成功した。この測定結果より、設計値と矛盾のない角度分解能を達成していることを確認した。また、2日間に渡る連続観測によって得られる観測領域である“ヒットマップ”を得た。これは、各視点に対する実効的な観測時間の分布図であり、この結果によって、地上からの史上最大の観測領域を達成するために必要な望遠鏡性能を有している事を確認した。さらに、ワイヤーグリッドを使った独自の偏光較正手法の原理実証も行った。望遠鏡の視野を天頂に向けた状態でワイヤーグリッドを望遠鏡開口部で回転させ、偏光信号の変調の観測に成功した。これにより較正原理が実証され、系統誤差コントロールに至る第一歩を達成した。

また、想定を上回る成果として、新たなMKID検出器の応答性能評価法を提案・開発した。また、検出器開発過程で、物質固有の超伝導転移温度Tcを越えるTcが積層薄膜で実現されるとの海外機関の報告を受け、超伝導デバイス作製技術を駆使してその実験的追証を行い、MKIDデバイスにより従来Tc（Al=1.15K）を大きく越える温度（1.86 K）でGHz帯交流特性の変化を実験的に明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Instituto de Astrofisica de Canarias
• [国際共同研究] Korea University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Korea University
• [国際共同研究] SRON/TU Delft(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: SRON/TU Delft
• [雑誌論文] Development of MKIDs for the CMB polarization experiment “GroundBIRD” (2020)
  • 著者名/発表者名: H.ISHIDA,S.MIMA,R.ITO,Y.TSUJI,T.TAINO,S.OGURI,C.OTANI,J.CHO,R.T.GENOVA-SANTOS,M.HATTORI,S.HONDA,T.IKEMITSU,Y.JO,K.KARATSU,K.KIUCHI,R.KOYANO,H.KUTSUMA,K.LEE,J.MOON,T.NAGASAKI,M.NARUSE,T.OSHIMA,M.PEEL,R.REBOLO,J.A.RUBINO-MARTIN,Y.SEKIMOTO,Y.SUENO,J.SUZUKI,K.TAKAHASHI,O.TAJIMA,T.UCHIDA,E.WON,M.(他7名)
  • 雑誌名: 信学技報 巻: SCE2019-63 ページ: 135-138
  • 国際共著
• [雑誌論文] CMB偏光観測実験GroundBIRDのファーストライト (2020)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟, 鈴木惇也, 本多俊介
  • 雑誌名: 高エネルギーニュース 巻: 38 ページ: 107-123
• [雑誌論文] A measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves (2019)
  • 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: https://doi.org/10.1063/1.5110692
  • 査読あり
• [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,R.ITO,Y.TSUJI,T.TAINO,S.OGURI,C.OTANI,J.CHO,R.T.GENOVA-SANTOS,M.HATTORI,S.HONDA,T.IKEMITSU,Y.JO,K.KARATSU,K.KIUCHI,R.KOYANO,H.KUTSUMA,K.LEE,J.MOON,T.NAGASAKI,M.NARUSE,T.OSHIMA,M.PEEL,R.REBOLO,J.A.RUBINO-MARTIN,Y.SEKIMOTO,Y.SUENO,J.SUZUKI,K.TAKAHASHI,O.TAJIMA,T.UCHIDA,E.WON,M.(他7名)
  • 学会等名: 13th Superconductor SFQ VLSI Workshop (SSV 2020) / 超伝導エレクトロニクス研究会（SCE）
  • 国際学会
• [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] GroundBIRD: CMB polarization experiment with MKID array (2019)
  • 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] Novel measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing a power of readout microwaves (2019)
  • 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)
• [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, J. Choi, R. T. Genova-Santos, 服部誠, 本多俊介, 池満拓司, 石田秀郷, Y. Jo, 唐津謙一, 木内健司, 古谷野凌, 沓間弘樹, Kyungmin Lee, 美馬覚, J. Moon, 成瀬雅人, 小栗秀悟, 大谷知行, M. Peel, R. Rebolo, J. A. Rubino-Martin, 関本裕太郎, 鈴木惇也, 田井野徹, 田島治, 内田智久, E. Won (他7名)
  • 学会等名: 日本天文学会2019秋期年会
• [学会発表] Terahertz sensing, imaging and applications (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Otani
  • 学会等名: Philippine-Japan Conference on Photonics and Optical Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] [Plenary] Terahertz Sensing, Imaging and Beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Otani
  • 学会等名: The 37th Samahang Pisika ng Philipinas International Conference and Annual Meeting (SPP-37)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測実験GroundBIRD (2019)
  • 著者名/発表者名: C.Otani, J.Choi, R.T.Genova-Santos, M.Hattori, S.Honda, T.Ikemitsu, H.Ishida, Y.Jo, K.Karatsu, K.Kiuchi, R.Koyano, H.Kutsuma, K.Lee, S.Mima, J.Moon, T.Nagasaki, M.Naruse, S.Oguri, M.Peel, R.Rebolo, J.A.Rubino-Martin, Y.Sekimoto, Y.Sueno, J.Suzuki, T.Taino, K.Takahashi, O.Tajima, Y.Tsuji, T.Uchida, E.Won (他7名)
  • 学会等名: 電子情報通信学電子デバイス研究会「ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム」
  • 招待講演
• [学会発表] [特別講演] テラヘルツ光センシング・イメージングで切り拓くイノベーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 大谷知行
  • 学会等名: 同志社大学ハリス理化学研究所研究発表会
  • 招待講演
• [学会発表] 理研におけるテラヘルツ科学技術研究、ならびにテラヘルツイメージングの最近の進展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大谷知行
  • 学会等名: 東北大学＆理研 第1回連携ワークショップ
  • 招待講演
• [備考] KU CMB Home
  • URL: https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/CMB/index.html