光リング共振器を用いた光速異方性の全成分探査

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01224
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 道村 唯太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80747006)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ローレンツ不変性 / 異方性 / 光共振器 / 標準理論 / 相対性理論 / 干渉計 / レーザー / 対称性

研究実績の概要

本研究では非対称光リング共振器を用いて、右回りと右回りの共振周波数の差を測定することで世界最高精度での光速の異方性探査を行う。光速の異方性探査は、光子のローレンツ不変性の破れ探査に相当する。ローレンツ不変性は全ての物理学の基礎となっているが、統一理論に向けた理論的研究や宇宙観測から破れの可能性が示唆されている。
我々はこれまで、試作機を用いて光速の行き帰りの差に対して、世界最高精度となる6×10^{-15}の上限値を得ている。測定には装置を回転させる必要があるが、これまでの精度は装置の回転に伴う雑音に制限されており、精度向上のためには振動感度が低い光学系の開発と振動の少ない回転台の開発が必要である。
本研究ではこれまでに装置の改良を重ね、試作機に比べて2桁近い雑音低減に成功した。一方で、回転に同期した雑音が確認されたため、その雑音ピークの低減を進めてきた。2021年度はこうした雑音ピークの低減のためのモノリシック光学系の開発を進めた。また、真空槽の開発、特に真空フィードスルーの改良を進めた。これは光ファイバによるレーザー光の導入に用いている真空フィードスルーにおいて、回転台の傾き等に起因する偏光回転による雑音混入が疑われたためである。また、信号線のための真空フィードスルーもより強固なものに交換し、回転に伴う雑音が混入低減を図った。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Search for continuous gravitational waves from 20 accreting millisecond x-ray pulsars in O3 LIGO data (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: 022002
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.022002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for intermediate-mass black hole binaries in the third observing run of Advanced LIGO and Advanced Virgo (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 659 ページ: A84
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on dark photon dark matter using data from LIGO窶冱 and Virgo窶冱 third observing run (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: 063030
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.063030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Axion dark matter search using arm cavity transmitted beams of gravitational wave detectors (2021)
  • 著者名/発表者名: Koji Nagano, Hiromasa Nakatsuka, Soichiro Morisaki, Tomohiro Fujita, Yuta Michimura, Ippei Obata
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 062008
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.062008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving force sensitivity by amplitude measurements of light reflected from a detuned optomechanical cavity (2021)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Komori, Takuya Kawasaki, Sotatsu Otabe, Yutaro Enomoto, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 104 ページ: L031501
  • DOI: 10.1103/physreva.104.l031501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of quantum noise using the quantum locking with an optical spring for gravitational wave detectors (2021)
  • 著者名/発表者名: Rika Yamada, Yutaro Enomoto, Izumi Watanabe, Koji Nagano, Yuta Michimura, Atsushi Nishizawa, Kentaro Komori, Takeo Naito, Taigen Morimoto, Shoki Iwaguchi, Tomohiro Ishikawa, Masaki Ando, Akira Furusawa, Seiji Kawamura
  • 雑誌名: Physics Letters A 巻: 402 ページ: 127365
  • DOI: 10.1016/j.physleta.2021.127365
  • 査読あり
• [雑誌論文] The current status of contribution activities in Japan for LISA (2021)
  • 著者名/発表者名: Kiwamu Izumi et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 05A106
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current status of space gravitational wave antenna DECIGO and B-DECIGO (2021)
  • 著者名/発表者名: Seiji Kawamura et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 05A105
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overview of KAGRA: KAGRA science (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Akutsu et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 05A103
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overview of KAGRA: Calibration, detector characterization, physical environmental monitors, and the geophysics interferometer (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Akutsu et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 05A102
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overview of KAGRA: Detector design and construction history (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Akutsu et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 05A101
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment DANCE: Design and development of auxiliary cavity for simultaneous resonance of linear polarizations (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Fujimoto, Yuka Oshima, Masaki Ando, Tomohiro Fujita, Yuta Michimura, Koji Nagano, Ippei Obata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2156 ページ: 012182
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2156/1/012182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultralight dark matter searches with KAGRA gravitational wave telescope (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Tomohiro Fujita, Jun窶凉a Kume, Soichiro Morisaki, Koji Nagano, Hiromasa Nakatsuka, Atsushi Nishizawa, Ippei Obata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2156 ページ: 012071
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2156/1/012071
  • 査読あり
• [雑誌論文] First observation and analysis of DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuka Oshima, Hiroki Fujimoto, Masaki Ando, Tomohiro Fujita, Jun窶凉a Kume, Yuta Michimura, Soichiro Morisaki, Koji Nagano, Hiromasa Nakatsuka, Atsushi Nishizawa, Ippei Obata, Taihei Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2156 ページ: 012042
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2156/1/012042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiative Cooling of the Thermally Isolated System in KAGRA Gravitational Wave Telescope (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Akutsu et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1857 ページ: 012002
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1857/1/012002
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for long-duration gravitational-wave bursts in the third Advanced LIGO and Advanced Virgo run (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 102001
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.102001
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for short gravitational-wave bursts in the third Advanced LIGO and Advanced Virgo run (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 122004
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.122004
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for continuous gravitational waves from isolated neutron stars in the early O3 LIGO data (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 082004
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.082004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star-Black Hole Coalescences (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 915 ページ: L5
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac082e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Searches for Continuous Gravitational Waves from Young Supernova Remnants in the Early Third Observing Run of Advanced LIGO and Virgo (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 921 ページ: 80
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac17ea
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints from LIGO O3 Data on Gravitational-wave Emission Due to R-modes in the Glitching Pulsar PSR J0537-6910 (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 ページ: 71
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0d52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for anisotropic gravitational-wave backgrounds using data from Advanced LIGO and Advanced Virgo窶冱 first three observing runs (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 022005
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.022005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on Cosmic Strings Using Data from the Third Advanced LIGO-Virgo Observing Run (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 ページ: 241102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.241102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upper limits on the isotropic gravitational-wave background from Advanced LIGO and Advanced Virgo窶冱 third observing run (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: 022004
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.022004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diving below the Spin-down Limit: Constraints on Gravitational Waves from the Energetic Young Pulsar PSR J0537-6910 (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Abbott et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 913 ページ: L27
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abffcd
  • 査読あり
• [学会発表] 重力波検出器によるダークマター探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: 第1回「素粒子と重力波」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Vector and Axion Dark Matter Searches with KAGRA (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration Meeting September 2021, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Ultralight dark matter searches with KAGRA gravitational wave telescope (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: 17th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Searching for ultralight vector dark matter with the cryogenic gravitational wave telescope KAGRA (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: Sixteenth Marcel Grossmann Meeting, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Searching for Signals from Ultralight Vector Dark Matter with KAGRA (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: The 8th KAGRA International Workshop, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Updates on the Optical Levitation Experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: The 3rd QFilter Workshop, Online
  • 国際学会
• [学会発表] B-DECIGO技術サーベイ (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: 第20回DECIGOワークショップ
• [備考] Yuta Michimura
  • URL: https://yutamich.gitlab.io/