インフレーション探索に向けた半波長板変調式超電導転移端偏光計望遠鏡の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18KK0083
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松村 知岳 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (70625003)
• 研究分担者: 高倉 理 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 特別研究員 (30811525) [辞退] ; 片山 伸彦 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50290854) ; 櫻井 雄基 岡山大学, 自然科学学域, 特任助教 (50780847) ; 石野 宏和 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (90323782)
• 研究期間 (年度): 2018-10-09 – 2023-03-31
• キーワード: 広帯域反射防止技術 / 精密偏光観測技術

研究実績の概要

これまでミリ波光学素子に直接微細加工を施すことで低温環境でも使える広帯域反射防止機構を作製することに成功した。この成果発表（論文、国際学会発表、プレスリリース）がきっかけとなり、レーザー加工を用いた広帯域反射防止技術開発の応用先が開けた。その中の一つとして、オランダデルフト大学、米国ミネソタ大学、ドイツハノーファーレーザー中央研究所と協力しミリ波からサブミリ波帯域での天文観測を目的とした真空低温レシーバー用広帯域窓の開発に合意し着手した。

また、精密偏光観測に必須となる偏光角度較正を目的とした論文を責任著者の1人として発表した(Krachmalnicoff and Matsumura et al.)。この論文はCMB偏光望遠鏡の偏光角度に誤差を与え、その誤差があることを事前に知らせずに2つの解析チームにデータ解析をさせることで、この角度誤差を特定できるかというブラインド解析をシミュレーションで行った。結果として、二つのチームとも前景放射を含むデータ自身から偏光角度のずれを特定し構成できることを示した。これはインフレーション探索に向けたCMB偏光観測に置いて系統誤差制御への重要な一歩である。

本研究提案はインフレーション探索に向けた半波長板変調式超電導転移端偏光計望遠鏡の開発を目的とし、国際的な共同研究を進めてきた。フランスが主体となって進めた気球観測PILOTによる偏光観測は最終年度に偏光観測性能を論文としてまとめるに至った。また、観測機器の要素開発として東大、米国ミネソタ大、ドイツハノーファーレーザー中央研究所で協力して開発したレーザーを用いた広帯域反射防止加工技術は赤外吸収アルミナフィルターとして搭載され実用化までたどりつくことができ、現在米国グリーンバンク望遠鏡のMUSTANG2レシーバーに超伝導検出器アレイと共に搭載され観測に使われている。コロナ禍を経て、国際共同研究が難しいなか着実な成果を得ることができた。

研究成果

• [国際共同研究] ミネソタ大学/University of Pennsylvania(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ミネソタ大学/University of Pennsylvania
• [国際共同研究] パリ大学/IRAP/Institut d'Astrophysique Spatiale(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ大学/IRAP/Institut d'Astrophysique Spatiale
• [国際共同研究] ハノーファーレーザー中央研究所/マックス・プランク天体物理学研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハノーファーレーザー中央研究所/マックス・プランク天体物理学研究所
• [国際共同研究] デルフト大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: デルフト大学
• [国際共同研究] SISSA(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: SISSA
• [雑誌論文] Modeling TES Nonlinearity Induced by a Rotating HWP in a CMB Polarimeter (2023)
  • 著者名/発表者名: Ghigna T.、Matsumura T.、Sakurai Y.、Takaku R.、Komatsu K.、Sugiyama S.、Hoshino Y.、Katayama N.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10909-023-02939-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance of the polarization leakage correction in the PILOT data (2023)
  • 著者名/発表者名: Bernard Jean-Philippe、Bernard Adam、Roussel, Helene、Choubani Ilyes、Alina Dana、Aumont Jonathan、Hughes Annie et al.
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10686-022-09882-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polarization angle requirements for CMB B-mode experiments. Application to the LiteBIRD satellite (2022)
  • 著者名/発表者名: Vielva P.、Martnez-Gonzalez E.、Casas F.J.、Matsumura T.、Henrot-Versille S.、Komatsu E.、Aumont J.、Aurlien R.、Baccigalupi C.、Banday A.J.、Barreiro R.B.、Bartolo N.、Calabrese E.、Cheung K.、Columbro F.、Coppolecchia A.、de Bernardis P.、de Haan T.、de la Hoz E. et al.
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2022 ページ: 029～029
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2022/04/029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Probing cosmic inflation with the LiteBIRD cosmic microwave background polarization survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Allys E、Arnold K、Aumont J、Aurlien R、Azzoni S、Baccigalupi C、Banday A J、Banerji R、Barreiro R B、Bartolo N、Bautista L、Beck D、Beckman S、Bersanelli M、Boulanger F、Brilenkov M、Bucher M、Calabrese E、Campeti P、Carones A、Casas F J、Catalano A et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2023 ページ: -
  • DOI: 10.1093/ptep/ptac150
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Vibration Characteristics of a Continuously Rotating Superconducting Magnetic Bearing and Potential Influence to TES and SQUID (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama S.、Ghigna T.、Hoshino Y.、Katayama N.、Katsuda S.、Komatsu K.、Matsumura T.、Sakurai Y.、Sato K.、Takaku R.、Tashiro M.、Terada Y.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 209 ページ: 1088～1096
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02846-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance of a 200 mm Diameter Achromatic HWP with Laser-Ablated Sub-Wavelength Structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Takaku R.、Ghigna T.、Hanany S.、Hoshino Y.、Ishino H.、Katayama N.、Komatsu K.、Konishi K.、Kuwata-Gonokami M.、Matsumura T.、Sakurai H.、Sakurai Y.、Wen Q.、Yamasaki N. Y.、Yumoto J.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02922-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sensitivity Modeling for LiteBIRD (2022)
  • 著者名/発表者名: Hasebe T.、Ade P. A. R.、Adler A.、Allys E.、Alonso D.、Arnold K.、Auguste D.、Aumont J.、Aurlien R.、Austermann J.、Azzoni S.、Baccigalupi C.、Banday A. J.、Banerji R.、Barreiro R. B.、Bartolo N.、Basak S.、Battistelli E.、Bautista L.、Beall J.、Beck D.、Beckman S. et al.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02921-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-flight polarization angle calibration for LiteBIRD: blind challenge and cosmological implications (2022)
  • 著者名/発表者名: Krachmalnicoff N.、Matsumura T.、de la Hoz E.、Basak S.、Gruppuso A.、Minami Y.、Baccigalupi C.、Komatsu E.、Martanez-Gonzalez E.、Vielva P.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2022 ページ: 039～039
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2022/01/039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Impact of the effective thickness from anti-reflective sub-wavelength structures in achromatic half-wave plate design (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Takaku et al.
  • 学会等名: SPIE, Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy XI
  • 国際学会
• [学会発表] Large diameter millimeter-wave low-pass filter made of alumina with laser ablated anti-reflection coating (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Takaku et al.
  • 学会等名: 16 th international conference of laser ablation
  • 国際学会
• [学会発表] Scientific challenges expected from future space experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomotake Matsumura
  • 学会等名: From Planck to the future of CMB
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Testing magnetic interference between TES detectors and the telescope environment for future CMB satellite missions (2022)
  • 著者名/発表者名: Tommaso Ghigna et al.
  • 学会等名: SPIE, Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy XI
  • 国際学会
• [備考] 超短パルスレーザー加工技術で作製した蛾の目構造を世界で初めて電波望遠鏡に実装
  • URL: https://www.ipmu.jp/ja/20220127-MUSTANG2