CMB偏光観測による原始重力波の探索: Simons Arrayから次世代実験へ

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0079
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 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, 准教授 (60435617)
• 研究分担者: 羽澄 昌史 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, 教授 (20263197) ; 金子 大輔 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, 研究員 (60790342) ; 西野 玄記 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報技術推進室, テニュアトラック研究員 (80706804) ; 南 雄人 大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (80788240) [辞退] ; 木内 健司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00791071)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2024-03-31
• キーワード: 原始重力波 / 超伝導検出器 / 偏光 / 角度較正

研究実績の概要

本研究では、世界初の望遠鏡群によるCMB偏光実験「Simons Array」を実現し、CMB偏光の精密測定を行なって原始重力波の探索を行うと共に、次世代実験での超精密観測の実現に向けた基盤技術の確立を目的としている。Simons Arrayでは3台の望遠鏡を同時に稼働させる。今年度は２台目を立ち上げ、２台体制での安定運用を継続した。運用に関しては、分担者の金子・西野が中心として進めている。分担者の南が中心となって開発した”観測データのみを用いた新しい偏光角較正法"とそれを利用した宇宙論的複屈折の検証が暗黒物質の候補で もあるアクシオン様粒子の新たな探索法として注目を浴びており、関連した解析としてPOLARBEARデータを用いた偏光角の時間変動に関する結果を報告した。超新星残骸(Tau-A)の偏光角の時間変動から宇宙論的複屈折を探索し、10^-22-10^-18eVの超軽量アクシオンに関する最も厳しい上限値、および61日程度の周期(7.8x10-22eVのアクシオンの質量に相当)の2.5σの偏光角変動のヒントを得た。今後Simons Array等の地上実験で検証をしていく予定である。加えて金子を中心に行なっている次世代実験のための人工較正源の開発も進展しており、POLAEBEAR-2を用いた性能検証に関して論文を公表した。また、分担者羽澄による、地上実験のノウハウを衛星実験に繋げるための国際協力によるプロジェクト化も進展している。特に今年度は、衛星実験の物理要求 からハードウェアに求められる性能、及び打ち上げ前の地上検証計画策定に関して進展が見られた。LiteBIRDプリプロジェクト化に関する審査が2024年2月に完了し、今後プロジェクト準備審査を経て、2024年度よりプリプロジェクトが開始する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学サンディエゴ校/ローレンス・バークレー国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア大学バークレー校/カリフォルニア大学サンディエゴ校/ローレンス・バークレー国立研究所
  • 他の機関数: 14
• [国際共同研究] マギル大学/ダルハウジー大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: マギル大学/ダルハウジー大学
• [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] オルセー大学/サクレー大学/パリ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: オルセー大学/サクレー大学/パリ大学
• [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] Design and performance of a gain calibration system for the POLARBEAR-2a receiver system at the Simons Array cosmic microwave background experiment (2024)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Daisuke、Takatori Sayuri、Hasegawa Masaya、Hazumi Masashi、Inoue Yuki、Jeong Oliver、Katayama Nobuhiko、Lee Adrian T.、Matsuda Frederick、Nishino Haruki、Siritanasak Praween、Suzuki Aritoki、Takakura Satoru、Tomaru Takayuki
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.10.1.018003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of an epoxy-based millimeter absorber with expanded polystyrenes and carbon black for an astronomical telescope (2023)
  • 著者名/発表者名: Inoue Yuki、Hasegawa Masaya、Hazumi Masashi、Takada Suguru、Tomaru Takayuki
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 62 ページ: 1419～1419
  • DOI: 10.1364/AO.480162
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on axionlike polarization oscillations in the cosmic microwave background with POLARBEAR (2023)
  • 著者名/発表者名: Adachi Shunsuke、Masaya Hasegawa 他POLARBEAR Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.108.043017
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] CMB偏光観測に向けたSimons Array実験の解析の現状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹内敦人 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] Simons Array実験の概要と2台目望遠鏡の準備状況 (2023)
  • 著者名/発表者名: 坂栗佳奈 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] Simons Array実験, POLARBEAR実験のかに星雲の観測によるAxion探索の現状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田恭平 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] Simons Array実験におけるデータ選別手法の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村田雅彬 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] Simons Array実験における検出器応答の非線形性の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西ノ宮ゆめ 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] POLARBEAR実験によるCMB偏光を用いたAxion探査の現状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 茅根裕司 他POLARBEAR Collaboration
  • 学会等名: 天文学会
• [備考] KEK-CMBグループ
  • URL: cmb.kek.jp
• [備考] POLARBEARグループweb
  • URL: http://bolo.berkeley.edu/polarbear/
• [備考] Masaya Hasegawa's Homepage
  • URL: https://research-up.kek.jp/people/masayan/index.html