磁気モーメントを持つWarm Dark Matterの探索

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14269
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 稲田 聡明 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任研究員 (20779269)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 暗黒物質 / 磁気モーメント / ファラデー回転 / スピンフィルタ / 光共振器 / パルス強磁場

研究実績の概要

本研究では、磁気モーメントを持ち、質量がkeVからMeV程度に軽い暗黒物質の探索を行う。中性子をはじめとして、複合粒子に対しては一般に粒子自体は電気的に中性であっても磁気モーメントはゼロでない。磁気モーメントを持つ暗黒物質の探索は、質量100GeV程度のCDMに対してはスピン依存性のある原子核反跳を検出する実験により制限が得られている。質量がより軽い場合、原子核への運動量移行が小さくなるため、光学的なファラデー回転を検出する本研究により実験的制限を与えることができる。

本実験の主な要素は、1)ファラデー回転を検出するための光学系及び2)Stern-Gerlach型スピンフィルタとして機能する磁場発生系である。課題期間においてこれらの開発を行った。光学系については、本測定が数ヶ月にわたるためファブリペロー共振器の長期安定性が重要であり、昨年度に引き続きその改良を行った。電磁石については磁場強度が大きいほどより微小な磁気モーメント並びにより大きな質量に対し感度が向上する。そのため磁場領域は小さいものの瞬間的に強磁場を発生可能なソレノイド型パルス電磁石を開発した。またその性能評価を行い、室温で20T、液体窒素冷却時(77K)では23Tのピーク磁場を繰り返し発生可能であることを確認した。さらに窒素ガスを用いた感度の較正を行い、期待通りの性能を確認した。これらにより、本測定を開始するのに十分な環境を整えた。

研究成果

• [雑誌論文] High magnetic fields for fundamental physics (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Battesti, J. Beard, S. Boser, N. Bruyant, D. Budker, S. A. Crooker, E. J.Daw, V. V.Flambaum, T. Inada, I. G. Irastorza, F. Karbstein, D. L. Kim, M. G.Kozlov, Z. Melhem, A. Phipps, P. Pugnat, G. Rikken, C. Rizzo, M. Schott, Y. K. Semertzidis, H. H. J. ten Kate, G. Zavattini
  • 雑誌名: Physics Reports 巻: 765-766 ページ: 1~39
  • DOI: 10.1016/j.physrep.2018.07.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First results from a hidden photon dark matter search in the meV sector using a plane-parabolic mirror system (2018)
  • 著者名/発表者名: Knirck Stefan, Yamazaki Takayuki, Okesaku Yoshiki, Asai Shoji, Idehara Toshitaka, Inada Toshiaki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 11 ページ: 031~031
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2018/11/031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] OVAL実験：パルス磁石と高フィネス共振器を用いた真空複屈折の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上岡修星, 成田佳奈香, 稲田聡明, 難波俊雄, 浅井祥仁, 吉岡孝高, 五神真, 松尾晶, 金道浩一, 野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] OVAL実験の感度の向上を目指した新型パルス磁石の考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 成田佳奈香, 上岡修星, 稲田聡明, 難波俊雄, 浅井祥仁, 松尾晶, 金道浩一, 野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Far-Infrared Technologies in Axion and Hidden Photon Astroparticle Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Knirck, T. Inada, T. Yamazaki
  • 学会等名: International Workshop on Far-Infrared Technologies 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light-by-light scattering at SACLA/SPring-8 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Inada
  • 学会等名: Probing strong-field QED in electron-photon interactions
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Tabletop Experiments
  • URL: https://tabletop.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/Tabletop_experiments/Home.html