計画研究：実験 C03超伝導・量子技術による
マイクロ波重力波探索で挑む宇宙創生

　宇宙はどうやって始まったのか？ 本研究は、宇宙創生期に起源を持つマイクロ波周波数帯(GHz 帯) の重力波を、超伝導・量子・低温計測技術の新展開をフル活用して直接探索することを目的とする。

　レーザー干渉計による重力波観測は主に10 Hz ～1 kHz 帯の後期宇宙に由来する信号に感度を持つのに対し、GHz 重力波はインフレーションの再加熱、真空相転移、宇宙ひもの崩壊、原始ブラックホールなど、宇宙創生期に特有の物理過程にのみ起源を持ち得る。本研究では、磁場中を通過する重力波が電磁波に変換されるInverse-Gertsenshtein 効果を利用し、強磁場下でも高Q 値を維持できるNb₃Sn 三次元超伝導共振空洞とマイクロ波量子読出し系を組み合わせて、最高感度でGHz 重力波を探索する。

　超伝導共振空洞、マイクロ波量子計測、低温強磁場実験の各分野の専門家が集結し、期間内にstrain 感度10⁻²² での探索実験を行う。さらに、将来の高感度化・大型化へ向けた研究開発による技術革新を目指す。物理成果と技術開発の両面から、宇宙創生の解明に向け領域全体に貢献する。

様々な検出方法の感度を、重力波の振幅(縦軸) と周波数(横軸) で表したもの。縦軸は重力波による歪みの割合であるstrain で表す。レーザー干渉計は強力な重力波検出器だが、得意とする周波数帯では後期宇宙由来の信号が支配的である。宇宙創生期を探るには、本研究が目指す極端に高い周波数帯と、B02 班が宇宙背景放射(CMB) により探る極端に低い周波数帯が有望。