Abstract We estimate the efficiency of mitigating the lensing B -mode polarization, the so-called delensing, for the LiteBIRD experiment with multiple external data sets of lensing-mass tracers. The current best bound on the tensor-to-scalar ratio, r , is limited by lensing rather than Galactic foregrounds. Delensing will be a critical step to improve sensitivity to r as measurements of r become more and more limited by lensing. In this paper, we extend the analysis of the recent LiteBIRD forecast paper to include multiple mass tracers, i.e., the CMB lensing maps from LiteBIRD and CMB-S4-like experiment, cosmic infrared background, and galaxy number density from Euclid - and LSST-like survey. We find that multi-tracer delensing will further improve the constraint on r by about 20%. In LiteBIRD , the residual Galactic foregrounds also significantly contribute to uncertainties of the B -modes, and delensing becomes more important if the residual foregrounds are further reduced by an improved component separation method.

Abstract We explore the capability of measuring lensing signals in LiteBIRD full-sky polarization maps. With a 30 arcmin beam width and an impressively low polarization noise of 2.16 μ K-arcmin, LiteBIRD will be able to measure the full-sky polarization of the cosmic microwave background (CMB) very precisely. This unique sensitivity also enables the reconstruction of a nearly full-sky lensing map using only polarization data, even considering its limited capability to capture small-scale CMB anisotropies. In this paper, we investigate the ability to construct a full-sky lensing measurement in the presence of Galactic foregrounds, finding that several possible biases from Galactic foregrounds should be negligible after component separation by harmonic-space internal linear combination. We find that the signal-to-noise ratio of the lensing is approximately 40 using only polarization data measured over 80% of the sky. This achievement is comparable to Planck 's recent lensing measurement with both temperature and polarization and represents a four-fold improvement over Planck 's polarization-only lensing measurement. The LiteBIRD lensing map will complement the Planck lensing map and provide several opportunities for cross-correlation science, especially in the northern hemisphere.

Abstract We study the possibility of using the LiteBIRD satellite B -mode survey to constrain models of inflation producing specific features in CMB angular power spectra. We explore a particular model example, i.e. spectator axion-SU(2) gauge field inflation. This model can source parity-violating gravitational waves from the amplification of gauge field fluctuations driven by a pseudoscalar “axionlike” field, rolling for a few e-folds during inflation. The sourced gravitational waves can exceed the vacuum contribution at reionization bump scales by about an order of magnitude and can be comparable to the vacuum contribution at recombination bump scales. We argue that a satellite mission with full sky coverage and access to the reionization bump scales is necessary to understand the origin of the primordial gravitational wave signal and distinguish among two production mechanisms: quantum vacuum fluctuations of spacetime and matter sources during inflation. We present the expected constraints on model parameters from LiteBIRD satellite simulations, which complement and expand previous studies in the literature. We find that LiteBIRD will be able to exclude with high significance standard single-field slow-roll models, such as the Starobinsky model, if the true model is the axion-SU(2) model with a feature at CMB scales. We further investigate the possibility of using the parity-violating signature of the model, such as the TB and EB angular power spectra, to disentangle it from the standard single-field slow-roll scenario. We find that most of the discriminating power of LiteBIRD will reside in BB angular power spectra rather than in TB and EB correlations.

Abstract We present detailed forecasts for the constraints on the characteristics of primordial magnetic fields (PMFs) generated prior to recombination that will be obtained with the LiteBIRD satellite. The constraints are driven by some of the main physical effects of PMFs on the CMB anisotropies: the gravitational effects of magnetically-induced perturbations; the effects on the thermal and ionization history of the Universe; the Faraday rotation imprint on the CMB polarization spectra; and the non-Gaussianities induced in polarization anisotropies. LiteBIRD represents a sensitive probe for PMFs. We explore different levels of complexity, for LiteBIRD data and PMF configurations, accounting for possible degeneracies with primordial gravitational waves from inflation. By exploiting all the physical effects, LiteBIRD will be able to improve the current limit on PMFs at intermediate and large scales coming from Planck . In particular, thanks to its accurate B -mode polarization measurement, LiteBIRD will improve the constraints on infrared configurations for the gravitational effect, giving B n B =-2.9 1 Mpc < 0.8 nG at 95% C.L., potentially opening the possibility to detect nanogauss fields with high significance. We also observe a significant improvement in the limits when marginalized over the spectral index, B n B marg 1 Mpc < 2.2 nG at 95 % C.L. From the thermal history effect, which relies mainly on E-mode polarization data, we obtain a significant improvement for all PMF configurations, with the marginalized case, √⟨ B 2 ⟩ marg <0.50 nG at 95 % C.L. Faraday rotation constraints will take advantage of the wide frequency coverage of LiteBIRD and the high sensitivity in B modes, improving the limits by orders of magnitude with respect to current results, B n B =-2.9 1 Mpc < 3.2 nG at 95 % C.L. Finally, non-Gaussianities of the B-mode polarization can probe PMFs at the level of 1 nG, again significantly improving the current bounds from Planck . Altogether our forecasts represent a broad collection of complementary probes based on widely tested methodologies, providing conservative limits on PMF characteristics that will be achieved with the LiteBIRD satellite.

Abstract We developed a stepping motor working in a cryogenic environment with minimal heat dissipation from it. While a cryogenic motor is commercially available, a user must prepare a cryogenic environment that can tolerate a large heat dump during the operation. We modified a commercial stepping motor (TAMAGAWA SEIKI CO., LTD) for room temperature usage. The components of the motor were replaced from a conventional electromagnetic wire to 6N high-purity copper and from aluminium chassis to a glass-fibre resign epoxy chassis. The former reduces the Joule heat, and the latter reduces the eddy current. In addition, the bearings have been replaced with ones with a dry lubricant. An iron yoke, a stack of iron core plates, is already introduced in the commercial motor to reduce an eddy current loss, and this was kept from the commercial design. The preliminary experiment was conducted at the temperature of 15 K using a GM cryocooler to estimate the heat dissipation on the motor. The results show that the electrical resistance of the high-purity copper wire at 15 K is 1950 times lower than at room temperature. We measured the total heat dissipation of the motor with the high-purity copper coils and compared it to the conventional one. The measured heat dissipation was reduced by about 40% when the motor rotation speed was 2.25 rpm. The Joule loss of the motor with a high-purity copper wire was about 20 times smaller than the conventional motor due to the reduction of the wire resistance. We also identified that the remaining heat dissipation is dominated by the component proportional to the rotational frequency, i.e., hysteresis or static friction from the bearing. This development was motivated by using a cryogenic stepping motor in a cryogenics space mission with limited active and passive cooling power.

LiteBIRD is a next-generation space telescope which aims to measure primordial gravitational waves in the polarisation of the cosmic microwave background. The level of the primordial (tensor, or B-mode) signal in relation to the scalar (or E-mode) only has a known upper limit, and the instrument requirement is to measure a tensor-to-scalar ratio sensitivity δr<0.001. Systematic effects arising from cosmic radiation are expected to play a significant role, and our prior work has focused on the development of an end-to-end simulation tool for evaluating the scale of this in LiteBIRD's Low Frequency Telescope (LFT). We present an updated forecasting method which makes use of event tables generated by a new Geant4 mass model of LFT. We will compare the previously used simplified model with that of the updated mass model, and project these differences into an expected effect of the cosmic ray effect δr. Lastly, we will examine the use of a simple filtering method for removing direct detector impacts by cosmic rays, which have been shown previously to play the largest role in this systematic effect.

LiteBIRD is a JAXA-led international project aimed to make high sensitivity measurements of the primordial B modes through cosmic microwave background (CMB) polarization observations. The Low-Frequency Telescope (LFT) is a modified crossed Dragone reflective telescope with a 18° × 9° field-of-view across the 34-161 GHz. To achieve the required observational sensitivity, the telescope's sidelobe response must be characterized to high precision to minimize signal contamination systematic effects from galactic and foreground emission. We report on the development of LFT optical simulation models that include the reflector optics, optimized serrations, finite absorptivity baffling, and V-grooves, and characterize the LFT sidelobes accounting for multiple reflection and diffraction optical effects. We find that the implementation of triangular and cos² shaped serrations on the primary and secondary reflectors are effective in reducing asymmetric sidelobe power fluctuations to ≤ 1.42×10−4 and ≤ 1.20 × 10⁻⁴, respectively, at 34 GHz at 5.5° ≤ θbeam ≤ 35° from the beam center. Without telescope baffling, the LFT optics show prominent direct sidelobe and diffuse triple reflection sidelobes with peak powers of ≤ −35.49 dB and ≤ −38.65 dB, respectively. It was found that implementing a finite absorptivity focal plane (FP) hood and forebaffle allows for effectively mitigating these sidelobes to ≤ −58.66 dB at 34 and 42 GHz for θ > 45° from boresight. Further including V-grooves in the optical simulation model, it was found that the V-grooves attenuate the far sidelobe power at El < −50° to ≤ −74.8 dB. All these far-sidelobe features are found to be below the LiteBIRD sidelobe knowledge requirement levels.