超伝導量子計測を使った電波分光で探る超軽量ダークマター - その実験手法の確立

利用超导量子测量的射电光谱学探索超轻暗物质 - 建立实验方法

基本信息

批准号：
20K20427
负责人：
田島治
金额：
$ 16.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-28 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20427/
关键词：
ダークマター超伝導センサー電波分光超伝導検出器

项目摘要

銀河の重力相互作用を支配する「ダークマター」。その正体解明にむけて様々な探索実験が進行しているが、決定打となる結果はまだない。そこで、従来の常識にとらわれない超軽量ダークマター“Dark Photon Cold Dark Matter”（略してDP-CDM）の可能性が注目されている。超弦理論やインフレーション宇宙論といった理論的同期があるにもかかわらず、従来の計測技術では探索困難な質量領域が広大にある。そのため、世界中の研究者が手をこまねいているのが現状である。本研究は、最新の超伝導計測技術を駆使して、この状況を打開する。最先端の超伝導量子型センサーと超伝導共振器を組み合わせた電波分光により、DP-CDMを探索する実験手法の確立を目指す。超伝導分光のパイオニアである海外協力者と共に、研究チームの先行実績と資産を活かし、国内では実例のない研究にチャレンジしている。前年度に引き続き超伝導デバイスを評価する装置を使って、超伝導センサーに特有のノイズ（TLSノイズと呼ぶ）を評価・抑制する研究を行いその結果を論文発表した。超伝導分光に関しては、オンチップ・フーリエ分光方式に注目し、その試作と性能評価を引き続き行っている。その他、超伝導センサーを用いない実験を先行して行い、74-110 μeVの質量領域において世界最高感度での探索を達成した。この感度においてもDP-CDMは依然として未検出であったが、本研究によって探索する質量領域が拡大できるという展望を得た。これは本研究提案時に掲げていたマイルストーンの達成を意味する。なお、この実験結果の論文を学術雑誌に投稿中である。

暗物质控制星系的重力相互作用。正在进行各种探索实验，以揭示此实验的真实本质，但尚无决定性的结果。因此，“深色光子冷暗物质”（简称DP-CDM）的可能性不受传统智慧的约束，引起了人们的注意。尽管超出理论和通货膨胀宇宙学具有理论上的同步，但传统的测量技术很难探索巨大的质量区域。因此，目前的情况是世界各地的研究人员都在弯腰。这项研究将通过充分利用最新的超导性测量技术来克服这种情况。我们旨在建立一种使用无线电波光谱探索DP-CDM的实验方法，该方法结合了最先进的超导量子传感器和超导谐振器。他们利用研究团队以前的往绩和资产，与日本前所未有的研究挑战一起，与超导光谱的开拓者一起，他们面临着史无前例的研究挑战。从上一年开始，我们使用评估超导设备的设备对超导传感器独有的评估和抑制噪声（称为TLS噪声）进行了研究，并发表了我们的论文。关于超导光谱，我们专注于片上傅立叶光谱系统，并继续制造其原型并评估其性能。此外，事先进行了没有超导传感器的实验，并在74-110μEV的质量范围内实现了世界上最高灵敏度的搜索。尽管DP-CDM在这种敏感性中仍未发现，但这项研究提供了可以扩展要探索的群众区域的前景。这意味着要在提出这项研究时实现建立的里程碑。该实验结果的论文目前已提交给学术期刊。

项目成果

期刊论文数量（51）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

デルフト工科大学(オランダ)

代尔夫特理工大学（荷兰）

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

京都大学　高エネルギー物理学研究室

京都大学高能物理实验室

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所(オランダ)

代尔夫特理工大学/荷兰空间研究所（荷兰）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

ミリ波領域におけるダークフォトン探索 DOSUE-RR実験 -実験装置の冷却試験と探索感度の評価-

毫米波区暗光子搜索DOSUE-RR实验-实验设备冷却测试及搜索灵敏度评估-

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉田数貴;田中純貴;小髙駿平
通讯作者：
小髙駿平

Characterization of two-level system noise for a microwave kinetic inductance detector comprising niobium film on a silicon substrate

硅衬底上包含铌薄膜的微波动感电感探测器的两级系统噪声表征

DOI：
10.1093/ptep/ptac023
发表时间：
2022
期刊：
Progress of Theoretical and Experimental Physics
影响因子：
3.5
作者：
Sueno Y;Honda S;Kutsuma H;Mima S;Otani C;Oguri S;Suzuki J;Tajima O
通讯作者：
Tajima O

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作者：
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田島治其他文献

Sensing of the atmosphere and the universe with millimeter-waves

用毫米波感知大气和宇宙

DOI：
10.11470/oubutsu.91.1_9
发表时间：
2022
期刊：
Oyo Buturi
影响因子：
0
作者：
Kayama Kazuho;Tanaka Takaaki;Uchida Hiroyuki;Tsuru Takeshi Go;Sudoh Takahiro;Inoue Yoshiyuki;Khangulyan Dmitry;Tsuji Naomi;Yamamoto Hiroaki;田島治
通讯作者：
田島治