2017 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of Inflation Cosmology with Ground-based Experiment of Large-angle Distribution of CMB B-mode Polarization
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15H05743
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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, 光量子工学研究センター, チームリーダー (50281663)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田井野 徹 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359592)
関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152)
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)
内田 智久 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 (40435615)
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Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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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観測的証拠を得ることにより、このインフレーションの存在を実験的に証明することである。この目的のために、本研究では、ミリ波帯の観測システムであるGroundBIRD望遠鏡システム、及び、超伝導体を用いたアレイ型検出器である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、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)に刻まれているとされる原子重力波起源特有の偏光成分(偏光Bモード)の検出を目指す。 平成29年度は、平成28年度に引き続いてGroundBIRD望遠鏡開発を進めた。特に、冷却性能を向上させるために熱流路の分析を行って冷却期間を短縮することに成功した。これにより、冷却温度のさらなる低下、冷却試験時の待ち時間の短縮などが図られ、より効率的な運用が可能で、かつ、低雑音環境を実現するシステムを実現した。また、観測用デバイスであるMKID素子の開発・作製を進めるとともに、そのデータ解析法についても新たな手法を考案した。さらに、観測用のインフラとなる開閉式観測ドームを導入して現地での設置を行うとともに、信号読み出し用エレクトロニクス導入を進めた。さらに、現地でのドーム設置や観測実験の円滑な推進のために、サイトの地元自治体から建築許可を受けるなど様々な手続的な問題もクリアして実際の観測に必要な環境を整備するとともに、現地への物品の輸送も進めた。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本課題では、最終目標の達成に向けて、以下の4つの項目を軸に研究開発を推進してきた。 ①地上実験で広視野観測を実現する回転型望遠鏡を開発する。②天体由来の系統誤差「前景放射」の除去を可能とする複数周波数を網羅する。③冷却光学系を搭載するとともに最先端の超伝導検出器MKIDを開発し焦点面に搭載する。④高精度の検出器較正のために、ワイヤーグリッドによる較正を採用する。 ①では、図1のように回転型望遠鏡の開発に成功した。②では、2バンドの検出器開発を進めるとともに、JSPS・頭脳循環プログラムを活用して、望遠鏡の設置サイトで観測を進めるスペインのQUIJOTE実験と密接な協力関係を構築し、世界最多の計8バンドで観測できる体制を確立した。これにより、Bモード信号発見で最重要な前景放射除去に対して他実験にはない大きなアドバンテージを獲得した。③では、冷却望遠鏡とMKID検出器の開発に成功し、望遠鏡設置に向けた準備を進めている。④では、望遠鏡設置後にワイヤーグリッドを設置して実験を行う予定である。 一方、望遠鏡の設置については、国立天文台の共用露光装置のハードディスク故障やドーム製作会社内での不測の事態によって購入も遅れたため、当初の予定より計画が遅れている。このため、課題期間内の観測データの誤差は当初予定より大きくなると予想される。一方、北天をカバーする望遠鏡はGBとQUIJOTE実験しかなく、その観測データの重要性は依然として極めて大きい。また、近年の理論研究の進展により、広視野のEモード偏光観測により宇宙晴れ上がり後の光学的深さτの測定精度が高まり、ニュートリノ質量和に対して従来の小角度スケールBモードのみの観測よりも強い制限が得られることがわかってきた。従って、QUIJOTE実験との連携による強固な前景放射対策と相まって、新たな学術的な成果としてτの精度向上が見込める。
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Strategy for Future Research Activity |
本課題では、他の地上観測と異なり大角度測定を最大の特徴としているが、そのことが新たな科学的成果を生む可能性が拓かれてきた。ここ2, 3年で、Bモードのみならず大角度スケールのEモード観測の重要性が急速に見直されてきている。その観測により宇宙晴れ上がり後の光学的深さτの測定精度が高まると、ニュートリノ質量和に対して、従来の小角度スケールBモードのみより強い制限が付けられるためである。上記のトラブルのために本課題の観測期間は当初予定より短くなる見込みだが、QUIJOTE実験との連携により強固なフォアグランド対策ができるため、比較的小統計でも求まるτの測定精度向上が見込める。また、北天をカバーする望遠鏡はGBとQUIJOTEしかなく、その観測データの重要性は極めて大きく、その観測自体に依然として大きな意義があり、引き続き、研究開発と観測を進めて成果の最大化を目指すとともに、望遠鏡の運用も継続して行い、強い意志を持って目標達成を目指す。
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Research Products
(41 results)
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[Journal Article] GroundBIRD: Observation of CMB Polarization with a Rapid Scanning and MKIDs2018
Author(s)
Nagasaki T, Choi J., Genova-Santos R.T., Hattori M., Hazumi M., Ishitsuka H., Karatsu K., Kikuchi K., Koyano R., Kutsuma H., Lee K., Mima S., Minowa M., Nagai M., Naruse M., Oguri S., Otani C., Rebolo R., Rubino-Martin J.A., Sekimoto Y., Semoto M., Suzuki J., Taino T., Tajima O., Tomita N., Uchida T., Won E. ,Yoshida M
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: 193
Pages: 1066~1074
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Status of the GroundBIRD Telescope2018
Author(s)
Choi J, Genova-Santos R. Hattori M. Hazumi M. Ishitsuka H. Kanno F. Karatsu K. Kiuchi K.、Koyano R.、Kutsuma H.、Lee K.、Mima S.、Minowa M.、Nagai M.、Nagasaki T.、Naruse M.、Oguri S.、Okada T.、Otani C.、Rebolo R.、Rubino-Martin J.、Sekimoto Y.、Suzuki J.、Taino T.、Tajima O.、Tomita N.、Uchida T.、Won E.、Yoshida M.
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Journal Title
EPJ Web of Conferences
Volume: 168
Pages: 01014~01014
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Performance evaluation of MKDs on a high-speed rotating system for CMB telescope: GroundBIRD (Conference Presentation)2018
Author(s)
Mima S, Choi J, Genova-Santos RT, Hattori M, Hazumi M, Ishitsuka H, Kanno F, Karatsu K, Kiuchi K, Komine J, Koyano R, Kutsuma H, Lee K, Minowa M, Nagai M, Nagasaki T, Naruse M, Oguri S, Otani C, Rebolo R, Rubino-Martin JA, Sekimoto Y, Semoto M, Suzuki J, Taino T, Tajima O, Tomita N, Uchida T, Won E, Yoshida M
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Journal Title
Proceedings of SPIE
Volume: 10708
Pages: 107081I
DOI
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of Superconducting Microwave Kinetic Inductance Detectors Array for Cosmic Microwave Background Polarization Observations2018
Author(s)
S.Mima, J.Choi, R.Genova-Santos, M.Hattori, M.Hazumi, H.Ishitsuka, F.Kanno, K.Karatsu, K.Kiuchi, R.Koyano, H.Kutsuma, K.Lee, M Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, M. Naruse, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M.Semoto, J.Suzuki, T.Taino, O.Tajima, N.Tomita, T.Uchida, E.Won, M.Yoshida
Organizer
Joint Workshop of 19th East Asia Submillimeter-Wave Receiver Technology Workshop and 5th RIKEN-NICT Joint Workshop of Terahertz Technology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Performance evaluation of MKIDs on a high-speed rotating system for CMB telescope: GroundBIRD2018
Author(s)
S.Mima, J.Choi, R.Genova-Santos, M.Hattori, M.Hazumi, H.Ishitsuka, F.Kanno, K.Karatsu, K.Kiuchi, R.Koyano, H.Kutsuma, K. Lee, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, M. Naruse, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J.Rubino-Martin, Y Sekimoto, M.Semoto, J.Suzuki, T.Taino, O.Tajima, N.Tomita, T.Uchida, E.Won, M.Yoshida
Organizer
SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
Int'l Joint Research
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[Presentation] 超伝導検出器搭載の望遠鏡を用いた宇宙マイクロ波背景放射の精密観測2018
Author(s)
小栗秀悟,石塚光,内田智久,大谷知行,唐津謙一,官野史靖,木内健司,沓間弘樹, 小峯順太, 古谷野凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, J. Choi,富田望,永井誠, 長崎岳人, 成瀬雅人, 羽澄昌史, 服部誠, R. T. Genova-Santos, 蓑輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, K.Lee, J.A.Rubino-Martin, R. Rebolo, E. Won
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
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[Presentation] GroundBIRD実験2018
Author(s)
田島治, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野 凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野 徹, 富田 望, 永井 誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部 誠, 箕輪 眞, 美馬 覚, 吉田光宏, J. Choi, T. Damayanthi, RT. Genova-Santos, K. Lee, R. Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
宇電懇シンポジウム
Invited
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[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, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 木内健司, 古谷野凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R. Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
日本物理学会第73回年次大会, 野田, 2018.3.22-25
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[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, 石徹白晃治, 大谷知行, 大野 敦, 岡田智香, 小栗秀悟, 官野史靖, 木内健司, 鈴木惇也, 田島 治, 長崎岳人, 服部 誠, 細川佳志, 美馬 覚
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
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[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, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野 凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
2018年春季天文学会
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[Presentation] 高速回転変調とMKIDによるCMB地上観測実験 ”GroundBIRD”2018
Author(s)
鈴木惇也, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野凌, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, Eunil Won
Organizer
第18回受信機ワークショップ
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[Presentation] GroundBIRD - KIDs meet the Cosmic Inflation2017
Author(s)
O Tajima, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M Hattori, M Hazumi, H. Ishitsuka, S. Mima, K. Kiuchi, R. Koyano, H. Kutsuma, K. Lee, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. A. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, J. Suzuki, T. Taino, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
Exploring Energetic Universe 2017
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Neutrino mass from Cosmology2017
Author(s)
K Kiuchi, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M Hattori, M Hazumi, H Ishitsuka, S. Mima, R. Koyano, H. Kutsuma, K. Lee, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. A. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
Gordon Research Conference-Particle Physics
Invited
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[Presentation] GroundBIRD - observation of CMB polarization with a high-speed scanning and MKIDs2017
Author(s)
T Nagasaki, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M Hattori, M Hazumi, H Ishitsuka, K. Kiuchi, K. Kiuchi, R. Koyano, H. Kutsuma, K. Lee, S. Mima, M. Minowa, M. Nagai, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a data acquisition system for kinetic inductance detectors: wide dynamic range and high sampling rate for astronomical observation2017
Author(s)
J Suzuki, K Lee, K Kiuchi, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M Hattori, M Hazumi, H Ishitsuka, S Mima, K. Kiuchi, R. Koyano, H. Kutsuma, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. A. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, T. Taino, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Optimization of geomagnetic shielding for MKIDs mounted on rotating cryostat2017
Author(s)
H. Kutsuma, F. Kanno, M. Hattori, K. Hosokawa, K. Ishidoshiro, K. Kiuchi, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, A. Ohno, T. Okada, C. Otani, J. Suzuki, O. Tajima,
Organizer
17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of cross-talk suppression algorithm for MKID readout2017
Author(s)
K Lee, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M Hattori, M Hazumi, H Ishitsuka, S. Mima, K. Kiuchi, R. Koyano, H. Kutsuma, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. A. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of dual-polarization sensitive KIDs for CMB measurements2017
Author(s)
K Kiuchi, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, M. Hattori, M. Hazumi, H. Ishitsuka, S. Mima, R. Koyano, H. Kutsuma, K. Lee, M. Minowa, M. Nagai, T. Nagasaki, S. Oguri, C. Otani, R. Rebolo Lopez, J. A. Rubino-Martin, Y. Sekimoto, M. Semoto, J. Suzuki, T. Taino, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida, E. Won, M. Yoshida
Organizer
17th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD17)
Int'l Joint Research
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[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, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野凌, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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[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, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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[Presentation] GroundBIRD望遠鏡での磁気シールドの評価2017
Author(s)
沓間弘樹, 石徹白晃治, 大谷知行, 大野 敦, 岡田智香, 小栗秀悟, 官野史靖, 木内健司, 鈴木惇也, 田島 治, 長崎岳人, 服部 誠, 細川佳志, 美馬 覚
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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[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, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 小栗秀悟, 木内健司, 古谷野凌, 鈴木惇也, 関本裕太郎, 瀬本宗久, 田井野徹, 田島治, 富田望, 永井誠, 羽澄昌史, 服部誠, 箕輪眞, 美馬覚, 吉田光宏, J Choi, T Damayanthi, RT Genova-Santos, K Lee, R Rebolo Lopez, JA Rubino-Martin, E Won
Organizer
日本天文学会2017年秋季年会
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