| 研究課題/領域番号 |
17H06134
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田島 治 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80391704)
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| 研究分担者 |
片山 伸彦 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50290854)
長谷川 雅也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (60435617)
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| 研究期間 (年度) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| キーワード | 宇宙背景放射 / インフレーション / 原始重力波 / ニュートリノ |
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| 研究実績の概要 |
宇宙初期のビッグバンは、時空の加速度的膨張「インフレーション」が種火となって生み出された。そして、その決定的証拠「宇宙創成時の量子ゆらぎに由来する原始重力波」は、ビッグバン熱放射の残光CMB(宇宙マイクロ波背景放射)の上に大角度の特殊な偏光パターン「Bモード」として刻印される。一方、小角度のBモードは、銀河団の重力レンズ効果に感度があり、これを通してニュートリノ質量和を制限出来る。本研究は史上最大のCMB望遠鏡群プロジェクトSimons~Observatoryの望遠鏡を開発し、これまでの10倍精度でこれらの物理を追究する。本課題では実データに基づいた性能実証で、そのサイエンス展望を示す。
海外研究協力者と深く連携した研究チームで本研究課題を遂行している。特に、本課題は大角度スケールに特化した望遠鏡SATの開発に注力している。2017年度は、Simons Observatoryプロジェクトの望遠鏡仕様を確定し、極低温受信器の設計開発を行った。大角度スケールのCMB偏光観測を達成するためには、広視野、大気ゆらぎの影響抑制、高感度かつ高統計といった要素を同時に満たす必要がある。
広視野・高感度の実現に最も重要な極低温光学系の設計・製作を日本グループが担うことに決定した。望遠鏡も含めた光学シミュレーションにより最良の光学デザインを研究し、1Kもの極低温を実現する材料の選定、レンズのアライメントと冷却性能を両立するメカニカル設計を進めた。さらには選定した材料とメカニカル構造の正しさを冷却試験によって確認した。一方、大気ゆらぎの影響抑制に用いる偏光変調システムで用いる超伝導ベアリングは世界最大径となる。ここで極低温で用いる大型磁石も、日本グループが日本の企業と協力して、世界で初めて開発した。なお、現地インフラは米国グループを中心に建設が進められている。
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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
極低温光学系の製作完了が年度をまたぐことが判明したので、予算を繰り越して次年度に作製することにした。製作開始が遅れた理由は、極低温光学系の作製に取り掛かる意思決定に時間を要したことにある（200人を越える国際共同研究のため）。このような理由のため、次年度に予定通り作製した（翌年度の報告書においても報告する）。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のように、極低温光学系の作製に時間がかかることが判明したため、これを次年度に行う。また、高感度の実現の為には極低温光学系の壁面の光反射率を出来る限り下げる必要がある。電波を吸収しやすい材料を電波を吸収しやすい構造に形成したのちに取り付ける必要がある。もちろん極低温に冷却でき、高い熱伝導率も要求される。このような電波吸収部品を開発する。同時に、極低温光学系の評価試験に向けた治具や装置の開発、そして受信機を極低温冷却する冷凍機の準備も同時に進める。
望遠鏡の感度を最大化する為には、観測値周辺の山からの地面放射も徹底的に抑制する必要がある。その抑制を行うバッフルの設計を光学シミュレーションに基づいて行う。非常に大きな構造体のシミュレーションになる為、計算機性能を強化してこれを進める。
また、超伝導ベアリングで用いる大型磁石の冷却試験、望遠鏡の較正装置の開発も共同研究者達と共に進める。
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