初期宇宙観測に特化した多色同時検出器で拓くインフレーション期の宇宙

使用专门从事早期宇宙观测的多色同步探测器探索暴胀时期的宇宙

基本信息

批准号：
20K14502
负责人：
長崎岳人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14502/
关键词：
インフレーション CMB ミリ波検出器宇宙マイクロ波背景放射電波 MKID

项目摘要

本研究は、インフレーション仮説の検証とニュートリノ質量の解明という宇宙物理と素粒子物理の２つ謎に挑ことを目的とし、地上設置型の望遠鏡を用いて高精度な宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の観測を行う。具体的には、集積度を大幅に改善したMKID 検出器を開発し、現在カナリア諸島にて運用を行なっているGroundBIRD 実験に搭載してCMB観測を行うことで宇宙初期の姿に迫ることである。研究の目玉である新しい検出器として、フィルターバンク型直線両偏波観測用MKID カメラを開発し、この際に最大の課題である集積度を改善する。開発項目として、周波数帯域をCMB観測用（145GHz 帯）と星間ダスト（220GHz）帯の2 帯域を同時に観測可能な検出機を実現し、B-mode 検出のための大きな障壁となる銀河等の全景放射を取り除く。2021年度は、研究計画に基づき引き続き昨年度行ったCMBを観測するための145GHz帯と220GHz帯を受信するための平面アンテナの設計を行い、さらなる最適化を測った。HFSS電磁界シミュレータにて、平面アンテナとレンズによる光学特性を計算し、各バンドでの効率を改善した。また他の研究項目として、フィルターバンクの設計改良も引き続き行った。また、素子を開発後には検出器を冷却して運用する必要があることから、20mKまで冷却可能な冷凍機を整備し、冷却テストの準備を進めている。整備は順調に進んでおり、いつでも素子の冷却ならびに評価試験を実施できる状況を実現している。

这项研究的目的是检验天体物理学和粒子物理学中的两个谜团：验证暴胀假说和阐明中微子的质量。我们使用地面望远镜来获得高精度的宇宙微波背景辐射（CMB）观测。制成。具体来说，我们将开发一个集成度显着提高的MKID探测器，并将其安装在目前在加那利群岛运行的GroundBIRD实验上，以观测CMB，以便更近距离地观察早期宇宙。这项研究的核心是开发用于线性双偏振观测的滤波器组型MKID相机作为新型探测器，而此时最大的挑战是提高集成度。作为一个开发项目，我们将实现一种可以同时观测两个频段的探测器：CMB观测（145 GHz频段）和星际尘埃频段（220 GHz），消除全景辐射。 2021财年，根据研究计划，我们设计了去年设计的用于接收CMB观测的145 GHz频段和220 GHz频段的平面天线，并进行了进一步的优化测量。利用HFSS电磁场模拟器，计算了平面天线和透镜的光学特性，提高了各频段的效率。作为另一个研究项目，我们继续改进滤波器组的设计。另外，由于元件开发后需要冷却检测器才能运行，因此我们准备了能够冷却至20 mK的冰箱，并正在准备冷却测试。维护工作进展顺利，目前可以随时进行元件冷却和评估测试。