研究紹介

実験プロジェクト

日下研究室では、複数の国際共同プロジェクトへ参加を通して、世界の最先端のCMB観測を行っています。

Simons Observatory

Simons Observatoryは、2016年に発足した大型プロジェクトで、インフレーションからニュートリノ、宇宙の構造形成まで、幅広い宇宙論の分野で大きく研究を前進させることが目標です。2021年の観測開始を目指して、望遠鏡・カメラの設計と開発を進めています。日下研究室では、レンズを入れて1Kの極低温まで冷却する光学筒の設計や作成、超伝導ベアリングを用いた半波長板システムの開発、ワイヤグリッドを用いた校正装置の開発、超伝導検出器の評価測定、データ取得系、そしてデータ解析などを担当しています。

Simons Array

Simons Arrayは、2019年に観測開始した、POLARBEARの後継実験です。最終的には、3台の望遠鏡、約2万個の超伝導検出器を用いて、CMB偏光を測定します。初期宇宙インフレーションの物理の他、重力レンズ効果を通したニュートリノ質量測定などを行います。日下研では、データ解析に重点を置いて研究に参加しています。

装置開発

新しい技術を用いて、新しい測定をし、新しい物理の見知を得ること。それが、実験物理学の醍醐味であり、日下研の目指す研究スタイルです。

日下研では、必ずしも特定の技術を習得することがゴールだとは考えていません。それがどのような技術であっても、最新のものを、自分の頭で考え、自分の手で組み立てて、たくさんの失敗を経て高感度の測定を行うこと。そしてそれを物理に結びつけること。このプロセスこそが最も大切なものだと考えます。そうして得た経験は、たとえ将来どんな分野に行っても、それが実験物理であれ、民間での開発であれ、きっと学生のみなさんが世界の先端を切り開いていく武器になるはずです。実際、日下准教授は素粒子実験物理学で博士号を取得しましたが、現在は宇宙背景放射の測定という、全く異なる実験技法を用いる分野で研究を行っています。それでも、素粒子実験物理を通して培った実験に対する考え方、想像力、そしてデータ解析方法が生かされています。

以下に示すのは、本研究室で用いる実験手法の一部です。100mKを下回る低温技術、その環境を活用した高性能量子センサーから、超伝導ベアリングを用いた半波長板システムまで、幅広く、またそれ自体に物理学的な面白さのある実験技術を用いるところは、宇宙背景放射測定の醍醐味の一つと言えます。

高温超伝導ベアリングを用いた半波長板

いま、そしてこれからの宇宙背景放射観測の重要課題として、偏光を精密に測定する、という事が挙げられます。日下研では、これを達成するために、真空・低温で連続回転する半波長板システムの開発を行っています。Kavli IPMUや米国ローレンスバークレー研究所と共同で開発・作成した世界最大口径の低温連続回転式半波長板システムは、Simons Observatoryにも採用されています。

極低温下で動作する超伝導センサー

100 mKという極低温で動作する超伝導センサーは、CMB測定だけではなく暗黒物質探索やその他の精密測定に幅広い応用を持つ、未来の超感度検出器です。日下研では、Simons Observatoryに用いられる超伝導転移点センサー (Transition Edge Sensor; TES) や、力学インダクタンス検出器 (Kinetic Inductance Devises; KIDs) の評価・測定・開発を進めています。