Investigation of Inflation Cosmology with Ground-based Experiment of Large-angle Distribution of CMB B-mode Polarization

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05743
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 大谷 知行 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (50281663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田島 治 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, 客員准教授 (80391704) ; 関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152) ; 田井野 徹 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359592)
• Project Period (FY): 2015-05-29 – 2020-03-31
• Keywords: 宇宙物理 / ミリ波 / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、時空の加速膨張「インフレーション」が種火となって生み出されたビッグバン時に生じたとされる原始重力波の存在の実験的証拠を得ることによって、そのインフレーションの存在す証明することである。この目的のために、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の特徴的な偏光成分（Bモード）の観測を行うことにある。この目的のために、本研究では、GroundBIRD望遠鏡システム、及び、超伝導マイクロ波力学インダクタンス検出器（MKID）を開発し、その観測を実施することを目指している。
平成28年度においては、GroundBIRD望遠鏡開発に加えて、MKID素子の開発を進めていた。ところが、素子作製に使用していた国立天文台の露光装置の記憶装置が故障し、装置そのものはすぐに復旧したものの、作製用パラメータの復旧に時間を要し、デバイス作製作業がストップし、それに伴って素子作製に関する研究の実施を繰越していた。その後、平成28年度末から平成29年度初頭について、本研究も主体的にデータ復旧に貢献することによって作製用パラメータの早期復旧を実現し、作製作業を再開した。
この繰越分について、H29年度にMKID検出器の開発を再開し、素子作製作業を行うとともに、作製した検出器の性能評価を行った。その結果、GroundBIRD望遠鏡搭載時の感度としてNEP=2×10^{-16} W/√Hzを達成し、GrounndBIRD望遠鏡に搭載する検出器について、目標とする性能達成の目処を得ることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

国立天文台の露光装置の故障によって素子作製に遅れを生じたものの、その後の復旧を受けてデバイス作製を再開するとともに性能評価を実施し、良好な感度が実現されていることを確認できた。このことから、概ね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

デバイス作製、及び、システム開発を引き続き進めて、平成30年度の望遠鏡稼働を目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カナリア宇宙物理研究所(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: カナリア宇宙物理研究所
• [Int'l Joint Research] 高麗大(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 高麗大
• [Int'l Joint Research] デルフト工科大/宇宙研究機構（SRON）(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: デルフト工科大/宇宙研究機構（SRON）
• [Journal Article] Development of an Optical Coupling with Ground-Side Absorption for Antenna-Coupled Kinetic Inductance Detectors (2017)
  • Author(s): WATANABE Hiroki、MIMA Satoru、OGURI Shugo、YOSHIDA Mitsuhiro、HAZUMI Masashi、ISHINO Hirokazu、ISHITSUKA Hikaru、KIBAYASHI Atsuko、OTANI Chiko、SATO Nobuaki、TAJIMA Osamu、TOMITA Nozomu
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Volume: E100.C Pages: 298～304
  • DOI: 10.1587/transele.E100.C.298
  • Peer Reviewed
• [Presentation] GroundBIRD実験 (2018)
  • Author(s): 田島 治, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 宇電懇シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] CMB experiments: QUIJOTE and GroundBIRD (2018)
  • Author(s): O. Tajima, R. T. Genova-Santos, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, T. Uchida 他17名
  • Organizer: Japan-Spain 150 year memorial symposium 'Large Infrastructures for Astrophysics: Synergies and Cooperation between Spain and Japan'
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] はじめての超伝導デバイスプロセス＋国内インフラ紹介 (2018)
  • Author(s): 美馬 覚, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野徹, 田島治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 他18名
  • Organizer: '簡単・便利な超伝導計測 ? 100倍精度の計測を非専門家の手で'研究会
  • Invited
• [Presentation] Terahertz Sensing, Imaging and Applications (2018)
  • Author(s): C. Otani
  • Organizer: Seminar at Seoul University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GroundBIRD望遠鏡の観測に向けた超伝導検出器MKIDのノイズ対策 (2018)
  • Author(s): 小栗秀悟, 内田智久, 大谷知行, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 超伝導検出器MKIDsの磁場応答測定とシールド設計の研究 (2018)
  • Author(s): 沓間弘樹, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他17名
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 大角度スケールCMB偏光観測実験GroundBIRD - 回転読み出し性能評価 (2018)
  • Author(s): 長崎岳人, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 日本天文学会2018年春季年会
• [Presentation] 高速回転変調とMKIDによるCMB地上観測実験 ”GroundBIRD” (2018)
  • Author(s): 長崎岳人, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 第18回ミリ波・サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] Terahertz Sensing, Imaging and Applications (2017)
  • Author(s): C. Otani
  • Organizer: 1st NIP-RIKEN Joint Research Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] テラヘルツ光～見えない光の魅力と可能性～ (2017)
  • Author(s): 大谷知行
  • Organizer: 理研仙台一般公開セミナー
  • Invited
• [Presentation] 宇宙の始まりを超伝導ミリ波検出器で探る (2017)
  • Author(s): 大谷知行
  • Organizer: 公開講演会「マイナス約270度の冷たい検出器で探る熱い宇宙と宇宙の創生」
  • Invited
• [Presentation] GroundBIRD - KIDs meet the Cosmic Inflation (2017)
  • Author(s): O. Tajima, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, T. Uchida, 他18名
  • Organizer: Exploring Energetic Universe 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Neutrino mass from Cosmology (2017)
  • Author(s): K. Kiuchi, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida, 他17名
  • Organizer: Gordon Research Conference-Particle Physics
  • Invited
• [Presentation] テラヘルツセンシング・イメージングと応用可能性～テラヘルツ光が拓くイノベーション～ (2017)
  • Author(s): 大谷知行
  • Organizer: 理研イブニングセミナー
  • Invited
• [Presentation] GroundBIRD - observation of CMB polarization with a high-speed scanning and MKIDs (2017)
  • Author(s): T. Nagasaki, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他18名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of a data acquisition system for kinetic inductance detectors: wide dynamic range and high sampling rate for astronomical observation (2017)
  • Author(s): J. Suzuki, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他18名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optimization of geomagnetic shielding for MKIDs mounted on rotating cryostat (2017)
  • Author(s): H. Kutsuma, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他17名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of cross-talk suppression algorithm for MKID readout” (2017)
  • Author(s): K. Lee, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他17名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search for hidden photon cold dark matter using radio telescopes (2017)
  • Author(s): S. Oguri, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他18名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of dual-polarization sensitive KIDs for CMB measurements (2017)
  • Author(s): K. Kiuchi, M. Hattori, M. Hazumi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, Y. Sekimoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, T. Uchida 他17名
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Axion search experiment by using Josephson-Junction device (2017)
  • Author(s): A. Tokiyasu, K. Karatsu, K. Kiuchi, S. Mima, K. Nakamura
  • Organizer: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GroundBIRD実験に向けた回転性能試験と検出器運用システムの開発 (2017)
  • Author(s): 鈴木惇也, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] GroundBIRD実験に向けた超電導検出器KIDsアレイの開発 (2017)
  • Author(s): 美馬 覚, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 他18名
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] GroundBIRD望遠鏡での磁気シールドの評価 (2017)
  • Author(s): 沓間弘樹, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他17名
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 高速回転変調による大角度スケール の CMB 偏光観測 - GroundBIRD 実験 (2017)
  • Author(s): 長崎岳人, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 田井野 徹, 田島 治, 羽澄昌史, 服部 誠, 美馬 覚, 他18名
  • Organizer: 日本天文学会2017年秋季年会
• [Presentation] Ti/TiN積層膜を用いてCMB偏光観測に最適化したKIDsの作製と評価 (2017)
  • Author(s): 瀬本宗久, 美馬 覚, 木内健司, 明連広昭, 成瀬雅人, 大谷知行, 田島 治, 小栗秀悟, 鈴木惇也, 田井野 徹
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Remarks] Kyoto CMB Group
  • URL: https://5413031k.wixsite.com/kyoto-cmb