ゆう じ 氏 名 ・(本 籍 ) 茅 根 裕 司 学 位 の 種 類 博 学 位 記 番 号 理 博 第 2 6 19号 学位授与年月 日 3年 3月 2 5日 平成2 学位授与 の要件 学位規則第 4条第 1項該当 研究科, 専攻 東北大学大学院理学研究科 ( 博士課程)天文学専攻 学位論文題 目 Me as ur e me ntofCos mi cMi c r owaveBac kgr oundPol ar i z at i on ちの ね 士 ( 理 学) Powe rSpe c t r aat4 3GHzwi t hQ/U I magi ngExpe r i me nT ( QUI ET実験 によ る 4 3 GHzでの宇宙 マイクロ波背景放射偏光パ ワー 論文審査委員 ( 主査) 准教授 服 部 教 授 市 川 教 授 二間瀬 教 授 山 敏 誠 隆 史 亨 スペク トラムの測定) 田 昌 A . E i F F E ) c ha pt e r1 .I nt r o duc t i o n c ha pt e r2・I ms t r ume nt c ha pt e r3.Obs e va r io t n c ha pt e r4・Ca l i br a io t n c ha pt e r5.Ana l ys i sPr o c e dur e c ha pt e r6.Da t aSe l e c t i o n c ha pt e r7.Ana l ys i sVa l i da t i o n c ha pt e r8 .Re s ul t s c ha pt e r9 .S ys t e ma t i cEr r o r s c ha pt e r1 0.Co nc l us i o ns 論 文 内 容 要 旨 Wec a na c c e s st hec os mo l o g i c a li nf la t i o na r ye r aa ndt e s tt hei nf la t i o nt he o r yb yme a s nn u gpo l a iz r a t i o no f 血eCo s mi cMi c r o wa veBa c kg r o u ndr a d i a t i o n( CMB)p r e c i s e l y.Ampl i t u d eo f血eCMB po l a r i z a t i o nβmode, whi c hi sd e f i ne da sac u r lc o mpo ne n to ft heCMBp o l a iz r a t i o nma po nt hes ky ,i sr e l a t e dt op imo r r d i a lg r a vi t a t i o na lwa ve swhi c hwe r epr od uc e dd i ngi m n la f t i o n.Ac c o r d i n gt ot hec o s mo l o g l C a li nf la t i o nt he ory,t hepo t e n t i a le ne r g yo ft hes c a l a rf ie l di sr e s po ns i bl ef o rt hee x po ne n t i a le x pa ns i o no ft heun i ve r s ea tt hev e r ye a r l y mode,a nda c c e s st hee n e r g ys c a l eo ft he t i me .He n c ewec a nDI RECTLY p r o bei n l fa t i o nb yo bs e vl r ngt heB- - 190- i nf la t i o n a r ye r a ,whi c hi sc o n s i d e r e dt obea tt heGUT ( Gr a ndUni f i e dThe o r y )s c a l e( 和1 016 Ge V) . TheQ/ UI ma g i ngEx pe ime r n T( QUI ET)i so neo ft hee x er p ime n t sf o rt h ep u r po s eo fd e t e c t i nga ndme a s mode .QUI ETi sl o c a t e do nt heCha j na n t o rpl a t e a ui nt heAt a c a mad e s e r to fno r t he m Chi l ea ta n u ingt r heB- a l t i t ud eo f5 , 0 8 0 m.Thepl a c ei so neoft hebe s tpl a c e sf o rCMB o bs e va r t i o n sbe c a us eo fhi g ha l t i t u d e ,dr y, ndg a o o dwe a he t rt h r o ug ho utt heye a r .Si nc ea mplit ud eo ft heBmodei ss ma l l e rt ha n1 0 0n K,wen e e dve r y s e n s i t i vepol a ime r t e r s .Wec h o o s eapo l a ime r t e rba s e do nc o he r e n tt e c hn o l o g ya n dt heHEMT( Hi g hEl ect r o n Mo bi l i y Tr t a ns i s t o r )a mpl i f i e rbe c a us eo ft he i ra d va n t a g e sf o rs ys t e ma t i ce r r o r s .Wes uc c e e d e da td e ve l o pi ng t hemos ts e n s i t i vepo l ri a me t e ra r r a ys ,o neo fwhi c hi sc o mpo s e dof1 9mod ul e sa tt heQba nd( 43GHz )a n d 仇eo me ri swi t h9 0mo d ul e sa tt heWba n d( 9 5GHz ) .Weha v eo bs e Ⅳe dbe t we e n20 0 8Oc t o be ra nd201 0 De c e mbe ra ndc o l l e c t e do ve r1 0 , 0 0 0ho u r so fd a t a . I ti si mpo r t a n tt on o to n l yd e ve l o pas e ns i t i vepol a ime r t e ra r r a y,b u ta l s ope r f o m bo r ho t bs e va r t i o nsa n d d a t apr o c e s s e si nt hewa yt ha ts ys t e ma t i ce r r o r sa r er e d uc e d・Wepe r f o me r de fe c t i veo bs e r va t i o nsa nda na l ys i s i nwhi c hwea d o p t e d血ef bl l o wl n gt e c h ni q ue s ;mo d ul a t i o n,d e mo d ul a t i o n,a ndd o u bl e d e mo d ul a t i o n;c a l i b r a t i o ns wi t hva io r uss o ur c e s ;Mi z ug uc hi Dr a g o neo p t i c s ;bo r e s i g htr o t a t i o ns ;c o ns t a n te l e va t i o ns c a ns ;t a ki ngc r o s s c o r r e l a t i o nsi npo we rs pe c t um e r s t i ma t i o n;a n dma n ys e t so fj a c k ni k et f e s t sc a l l e d" n ul ls ui t e s " . Fr o mt heQba ndd a t a ,weo b t a i nt heEmode ,Bmode ,a ndEB po we rs pe c t r aa tmu lt i pol er a ng eo f25 ≦A ≦475.TheEmodes i g na l sa r ed e t e c t e dwi h mo t r et ha n6 10 S i g ni ic f a nc ei nt her ngeo a ft hef ir s ta nd s e c o ndpe a ks( 25≦R <1 7 5 ) ,whi c hi sc o ns i s t e n twi ht t hef i d uc i a lACDM mo d e l .Wea l s od e t e c tpol a iz r e d f o r e g r o nds u i g na la tl o we s tmul t i po l eo ft heEmodew it h 3 -0 s i g n i ic f a nc e ,wh i c hi sc o ns i s t e n twi h Ga t l a c t i c s y nc hro t r o ne mi s s i o n.Wed ono td e t e c tt heBmodea n dpl a c ea nu p pe rl i mi to nt het e ns o r t o s c a l rr a a t i oo f r<2. 2a t9 5 %c o nf id e n c el e ve l .Al lt hes ys t e ma t i ce r r o r sa r emuc hl o we rt ha nt hes t a t i s t i c a le r r o r sa n dl o we r t ha nt heBmo d ea mpl i t u d ea tr-0. 1 ,whi c hd e mo ns t r a t e so urt e c h no l o g ya n dme t ho d o l o g yve r ywe l l ,a n d p r o mi s e st ha twec a ni mp r o ver e s ul t si naf ut u r ee x pe ime r n twi hh t nd u r e d so rt ho us a nd so fpol a r i me t e rmo d ul e s . - 1 9 1 - 論文審査の結果の要 旨 茅根氏 は、 シカゴ大学が主催す る宇宙マイクロ波背景放射偏光 B モー ドを観測 し地上 の加速器実験で はとて も迫 ることのできない高エネルギーの状態であった誕生間 もない初期宇宙の物理現象の解明に迫 る QUI ET実験 に、共同研究チームとして加わる高エネルギー加速器機構に委託学生 として所属することで、 博士後期課程進学後 2年半 にわたり携わ って きた。( 〕 uI ET実験 は、当該分野 において国際的に高 い評価 を得ている世界最先端の実験の一つである。本博士論文 は、quET実験で得た観測データを用 いた最初 のサイエンスペーパーの内容を柱 としたものであり、内容の質の高さはもとより国際的注 目度の非常に高 い内容で構成 されている。博士論文の主 たる内容 は、平成 22年末に査読誌 に投稿済みである。査読誌 に 投稿 と同時にプ レプ リントとしてその内容 は全世界に公表 され、公表直後か ら国際的に高い評価 と注 目を 集めている。研究の進め方の特質か ら査読論文 に投稿 された論文は多数の著者か ら構成 されているが、投 稿 した雑誌 との間で qUI ETチームに分類 される著者 は全て第一著者 としての権利を持っ という取 り決め を結んでお り、茅根氏 は第-著者の権利を持っ著者 に分類 されている。 したが って、博士論文の内容が博 士号取得者を第一著者 とした査読論文で公表 されることという天文学専攻内の取 り決めを満た している。 茅根氏の博士論文で紹介 されている QUI ET実験の結果では、宇宙マイクロ波背景放射偏光 B モー ドは 検出できず存在強度の上限が設定 された。 しか し、得 られた上限値 は、宇宙マイクロ波観測衛星 wMAP 衛星が取得 した過去 7年間のデータか ら得 られた上限値を更に押 し下げており、初期宇宙の理論モデルに 有益な制約条件を提供 している。また今回の結果で、設計初期の目標通 りの上限値が得 られたことが、宇 宙マイクロ波背景放射偏光 B モー ド検出感度の一桁以上の向上を目指 し次の レベルにスケールア ップ し た quI ET実験実現 にとって大 きな成果で もある。茅根氏は、quET実 験において最 も重要な偏光測定結 果の定量的キ ャリブレー ションの根幹 を担 うデータの取得 と解析 を担当 した。茅根氏 の博士論文 は、 QUI ET実験のキャリブレーションスキーム及びデータ解析手法 に興味を持っ全ての人々にとって以後 ス タンダー ドなテキス トとなるだろう。 この様 に茅根氏の博士論文 は、結果及び内容の質 ・国際的注 目度が 非常 に高 く博士 ( 理学)の学位を与えるに相応 しい。 -1 9 2-
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