2019 年度研究成果報告書

電波望遠鏡を応用した新しい素粒子実験の開拓 ― 暗黒光子の探索

研究課題

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研究課題/領域番号	16K13809
研究種目	挑戦的萌芽研究
配分区分	基金
研究分野	素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所 (2017-2019) 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2016)
研究代表者	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)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード	宇宙素粒子 / 暗黒物質 / 暗黒光子
研究成果の概要	本研究は、暗黒物質の候補である、"暗黒光子"の探索実験を目的としている。電波望遠鏡を流用することで、スピーディに最先端の探索実験を行うことを計画している。申請者は、高感度ミリ波分光観測器"KUMODeS"を用いて暗黒光子探索を行った。探索した暗黒光子の質量は1e-4eV付近である。光子と暗黒光子の結合の強さを表す混合確率に対して、この領域では初となる、1e-10台の上限値がつけられた。この成果は論文にまとめ、現在JCAPに投稿中である。並行して、GroundBIRDによる探索実験を進めている。期間内の探索には至らなかったが、試験運用を行い、実験の実現性を実証することができた。
自由記述の分野	宇宙素粒子物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究の学術的な意義は、まだ誰も探索していないミリ波帯を探索する点である。この帯域は、技術的な困難さから世界中の素粒子分野の研究者が攻めあぐねている未開拓領域である。宇宙・天文観測をおこなう電波望遠鏡技術を応用することによって、この質量領域を開拓する。暗黒光子は素粒子の標準理論からは予言されない粒子で、それを捉えた暁には未知の物理の存在が示唆される。今後の素粒子物理学に新たな方向付けを与える。また、暗黒光子が暗黒物質の一端を担っていることも同時に証明する。宇宙創生期に暗黒物質がどのように生まれたのか、という謎に大きく迫ることができる。