赤外線観測ロケット実験による宇宙背景ニュートリノ崩壊探索実験武内勇司（筑波大素粒子実験グループ）「背景放射で拓く宇宙創成の物理－インフレーションからダークエイジまで－」シンポジウム 2012 2012 年 7 月 26 日高エネルギー加速器研究機構研究本館小林ホール.

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R&D of STJ Detector We also looked at the response of Nb/Al-STJ (4μm 2 ) to the visible light (456nm) at 1.9K, and found that a single photon peak is separated.

STJ development for cosmic background neutrino decay search Yuji Takeuchi (Univ. of Tsukuba) for SCD/Neutrino Decay Group Dec. 10, 2013 DTP International.

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赤外線観測ロケット実験による宇宙背景ニュートリノ崩壊探索実験武内勇司（筑波大素粒子実験グループ）「背景放射で拓く宇宙創成の物理－インフレーションからダークエイジまで－」シンポジウム年 7 月 26 日高エネルギー加速器研究機構研究本館小林ホール

Motivation

信号検出の可能性 CIB (COBE) 検出器のエネルギー分解能 0% 1% 3%3%2%2% 望遠鏡： 20cm 径， 0.1° の集光測定時間： 10 時間検出効率 100 ％，エネルギー分解能 2% で一光子ごとのエネルギー測定が可能な検出器を仮定  6.7σ で観測可能 25meV (λ= ５０ μm)

COBE と AKARI の宇宙赤外線背景輻射の測定結果 COBE: M. G. Hauser et al.Astrophys. J. 508 (1998) 25. D. P. Finkbeineret al.Astrophys. J. 544 (2000) 81. AKARI: S. Matsuura et al.Astrophys. J. 737 (2011) 2. 50meV 25meV 10meV

AKARI データを用いた寿命下限値の評価 x10 12 yr AKARI で測定された CIB をすべてニュートリノ崩壊にからの寄与だと仮定 JPSJ の論文として Published(2012 年 1 月 )

赤外線観測ロケットによる宇宙背景ニュートリノ崩壊探索の計画 STJ array 50pixel x 8 row

日米協力事業で 2012 年度から「ニュートリノ崩壊探索」共同研究者リスト（ 2012 年 3 月） Japan Group Shin-Hong Kim, Yuji Takeuchi, Ken-ichi Takemasa, Takashi Onjo, Hyun-Sang Jeong, Shinya Kanai, Kazuki Nagata (University of Tsukuba), Hirokazu Ikeda, Shuji Matsuura (JAXA/ISAS), Hirokazu Ishino, Atsuko Kibayashi, Satoshi Mima, Yasuki Yuasa(Okayama University), Takuo Yoshida, Yusuke Shimizu, Mikiya Nagashima (Fukui University), Yukihiro Kato (Kinki University), Masashi Hazumi (KEK) US Group Erik Ramberg, Jonghee Yoo, J. C. Estrada (Fermilab) Korea Group Soo-Bong Kim (Seoul National University)

CIB Experiment for Neutrino Decay Search with JAXA Rocket Secondary mirror Main Mirror 15cmΦ F=1m Focal plane Instruments Liq-He tank 1.7K >1W Grating Tertiary mirror Superconducting Tunnel Junction (STJ) Detector Array (50 x 8 channels) Focal plane Instruments IR Light Preamplifiers(2K) 5 minutes DAQ at 200km height in cm Post-Preamplifier DAQ system 1.7K Cryostat >1W Star Sensor Vibration Damper 120cm Weight 100kg

CIB Experiment for Neutrino Decay Search with JAXA Rocket Focal Plane Instruments Grating Tertiary mirror STJ Detector Array (50 x 8 channels) Focal plane Instruments Preamplifier(2K) d=1mm Grating m = 0m = 1 D=10cm x=5mm Δx=100μ 50pixels 8pixels

CIB Experiment for Neutrino Decay Search with JAXA Rocket Rate Calculation and Expected Lifetime Limit 黄道光（前景放射）系外銀河第一世代の星 ? 背景放射 CMB DG L FIR-rocket λ ＝ 40 ～ 80μm

Nb/Al-STJ R&D status 可視光域 ( 青色 )DC 光レーザーに対する応答 I-V curve of Nb/Al-STJ sample laser off laser on 1MHz,~10 4 photons

入射光源大光量レーザーパルスを 10MHz で 30 パルス ( 計 3μs) Nb/Al-STJ R&D status 可視光域 ( 青色）パルス光レーザーに対する応答 Pre-Amp Ortec147c Shaper STJ V bias =1mV 40μs/DIV

まとめ

BACKUP

15 CIB Experiment with JAXA Rocket in km 338km 182km

CIB Experiment with JAXA Rocket in 1992 NIR( 近赤外線 ) Spectrometer FOV （視野） 0.2°x 0.2° λ ＝ 1.4μ ～ 4.1μ Δλ ＝ 0.13μ InSb 半導体検出器：ギャップエネルギー 0.17eV （ λ ＝ 7.9μ ） 20 x 2 pixels, 1mm x 0.5mm, 50pF operated at 2K, dark current < 50 e s -1 Charge-integrating amplifier at 7 ０ K 1s read noise: 100 e

CIB Experiment with JAXA Rocket in 1992 FIR( 遠赤外線） Photometer Ge:Ga 半導体検出器：非圧縮型（ BC １）、圧縮型圧縮型 sensitivity < λof 200μ ( 6.7meV ) size 1 x 1 x 1.5 mm C Ⅱ line (FOV) Winston Horn

Specification of 2K preamplifier Common specification: Operation temperature: ~2K Integration time: 10 μsec Dynamic range < 20fC ( ~1.2 x 10 5 e) from the requirement of Dynamic range < 0.064fC ( ~400 e) from the requirement of Dynamic range < 4.3fC ( ~27000 e) from the requirement of < 45meV γ at HF/W-STJ Noise < 0.012fC ( ~80e) from the requirement of <0.5% for 2.4 fC = 25meV γ at Hf/W-STJ Gain: 1V/fC （ 2.4V/2.4fC )

Readout Electronics ( Post- Preamplifier ) Grating Tertiary mirror Focal plane Instruments 2K Preamplifier 2K Post-preamplifier Superconducting Tunnel Junction (STJ) Detector Array (50 x 8 channels) Shaper Discriminator and Register PC + Wireless Data transfer (100kbps)

20 Nb/Al-STJ 設計・開発 Schedule Experiment Design SuperconductingTu nnel Junction (STJ ) Detector Preamplifier at 2K and Post-Preamp (Fermilab, JAXA, Tsukuba ） Dispersive Element, Optics (JAXA, Tsukuba) Cryostat ( JAXA, KEK) Measurements ＋ Analysis （ All ） Experiment with FIR Rocket Experiment with Satellite such as SPICA Design and R&D of Nb/Al- STJ Detector Production Design and R&D Simulation Design and R&D Design and R&D of Hf-STJ Detector Production Analysis Program Analysis Design and R&DProduction Far-Infrared Observatory Rocket Experiment

Plan 1.Design and detector R&D of CIB measurement with a FIR-rocket launched in 2016 Multi-cell Nb/Al-STJ (Tsukuba,Fukui,Okayama) Low-temperature (2K) preamplifier and post-preamplifier (Fermilab, JAXA, Tsukuba) Dispersive element such as grating (Tsukuba, JAXA) Cryostat （ 1.7K) (JAXA) 2. Superconducting detector R&D for satellite CIB measurement after 2018 Multi-cell Hf-STJ development (Tsukuba, Fukui)