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。

这项研究旨在解决两个谜团：天体物理学和粒子物理学，它们是通货膨胀假设的验证和中微子质量的阐明，并使用地面安装的望远镜观察高精度宇宙微波背景辐射（CMB）。具体而言，我们将开发一个具有显着提高整合水平的MKID探测器，并将CMB观测值带入目前在金丝雀群岛运行的地面鸟实验中，以更仔细地了解宇宙的早期。作为我们研究重点的新探测器，我们将开发一个滤波器库型MKID摄像头，以观察两种线性极化，从而改善了最重要的问题，即集成水平。作为开发项目，我们已经实现了一个可以同时观察两个频带的检测器：CMB观察（145GHz频段）和星际灰尘（220GHz）频段，并去除星系的全景辐射，这是B模式检测的主要障碍。在2021财年，我们继续为观察CMB的145GHz频段和220GHz频段设计该计划，并进行了去年进行的，并进一步优化了。使用HFSS电磁场模拟器计算平面天线和镜头的光学特性，以提高每个频带的效率。另一个研究项目是继续改善过滤器库的设计。此外，由于开发设备后需要冷却和操作探测器，因此准备可以冷却至20MK的冰箱，并进行冷却测试的准备。维护的进展顺利，并且可以随时冷却和评估设备。