研究紹介
研究概要
QUPは、3つの研究ピラーと、統合された量子センサーと理論研究の連携により、現代物理学における最も重要な未解決問題に挑んでいます。科学戦略と技術開発を、強固な事務支援と一体的に推進する、部門横断型の実行重視ガバナンスモデルを採用しています。
Pillar I
基本相互作用と隠れたセクター
極限条件下における既存理論の精密検証を通じて、QED・QCDの破れや標準模型を超える新物理（BSM）の兆候を探索します。
■ KEK/J-PARCの高強度ミュオンビームと最先端の超伝導TESマイクロカロリメータを組み合わせたミュオン原子の高分解能分光を実施。自然界で最も強い電磁場（シュウィンガー極限 1018V/m に迫る領域）における束縛状態QEDを検証します。
■ 44keV ミュオンX線に含まれる約100eVのQED寄与を、前例のない約0.1eVの精度で解明します。
■ MeVスケールのダークフォトンやアクシオン様粒子（ALP）を含む隠れたセクターを探索します。
Pillar II
軽い暗黒物質（アクシオンを含む）
宇宙の暗黒物質の大部分を担っている可能性がある、未踏の低質量パラメータ領域（μeV〜meV）における極微弱信号の検出を目指し、相補的なアプローチを開拓しています。
■ 超伝導量子ビット・共振器： アクシオン変換に伴う極微弱電磁信号を検出するため、磁場耐性を備えた高感度量子計測アーキテクチャを開発します。
■ 神岡低質量暗黒物質探索： 神岡地下観測所の超低バックグラウンド環境と極低温TES検出器アレイを活用し、暗黒物質探索を推進します。
■ ダイヤモンドNVセンター：電子・核スピンを利用した量子センシングにより、方向感度を持つ暗黒物質検出手法の開発を進めます。
Pillar III
重力
自然界で最も弱く捉えにくい力である重力に対し、まったく新しい観測窓を開きます。
■ 高周波重力波検出： 超高Q値を達成する先進的な超伝導RF共振器を用い、kHz〜GHz帯という未踏の高周波領域における重力波を探索します。
■ 反物質の重力研究：TRIUMFにおいて反水素を用いた原子ファウンテンおよび干渉計測を実施し、弱い等価原理およびCPT対称性を精密検証します。
■ 学際的メトロロジー： 極限的な感度要求を次世代量子センサー開発へと還元し、計測科学の新たな展開を促します。
本拠点の科学研究ピラーを支える基盤として、理論グループと、基盤技術のプラットフォームを構築しています。
TH
理論グループは、量子計測と素粒子物理を統合する中核として機能します。標的となる観測量の定義、感度評価の指針（感度プロジェクション）の提示、そして各実験間の整合性の確保を通じて、拠点全体の研究の一貫性と科学的到達度を高めます。
検出器開発を中心とした横断的プラットフォームにより、迅速なプロトタイピング、システム統合、そして研究ピラー間での技術移転を可能にします。
TES
超伝導TES検出器
遷移端センサー（TES）に関する包括的かつ自立した国内研究開発体制を確立します。KEKに専用クリーンルーム製造ラインを構築し、JAXAおよびUCバークレーのサテライト拠点と緊密に連携することで、開発の全プロセスを推進します。
■ 精密素粒子物理に最適化された高分解能TESマイクロカロリメータの一貫開発。
■ J-PARCにおけるミュオン原子分光など、極限環境実験への直接実装。
■ 神岡における軽い暗黒物質探索に向けた、超低バックグラウンド極低温システムの展開
SD
半導体検出器・量子イメージング・AI
極限環境エレクトロニクス、新しいトラッキングデバイス（SOI、LGADなど）、および人工知能と高度に統合された次世代コンプトンカメラの開発を先導しています。
■ 極低温・トラッキング技術： mK領域での熱負荷制約に対応するCryo-CMOS ASIC統合技術と、先進シリコン技術による高精度トラッキングを実現。
■ 量子イメージング技術： 高分解能半導体／シンチレータアレイと全方向感度設計により、広帯域で高感度な計測を実現。
■ AI・エッジコンピューティング： AI支援型自律データ取得と、CNNやSwin Transformerなどのエンドツーエンド深層学習を組み合わせ、アーティファクトのないリアルタイム画像再構成を実現。
■ 幅広い応用展開： 天体物理から医療（BNCT、標的放射性核種治療）および環境モニタリングまで、先端計測技術の応用を展開し、社会への価値還元を行います。
