| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05860
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山崎 雅人 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (00726599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 智 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (10784499)
野村 泰紀 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員上級科学研究員 (40647616)
齊藤 遼 山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (70781392)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥56,290,000 (Direct Cost: ¥43,300,000、Indirect Cost: ¥12,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | 量子重力 / 超弦理論 / ダークマター / 沼地予想 |
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| Outline of Research at the Start |
非WIMPダークマターを実験・理論の双方から追究する本領域においては，個別のシナリオの研究に留まらず，そもそもどのダークマター模型が実現可能であり，研究に値するかといった俯瞰的な問いについて，より根源的な枠組みから考察することが不可欠である。究極理論としての量子重力はまさにそのような枠組みであり，ダークマターの理論を制限する一方，新たなアイデアの宝庫でもある。本研究班では，各理論班にて議論されるダークマター模型を量子重力から実現可能であるのか明らかにしていくこと，また超弦理論に動機づけられて新しいダークマターの模型を提唱することを目標とし，各シナリオの検証可能性を観測実験班と協力しながら探る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダークマターの正体が何であるかは現代物理学における最大の謎の一つである.しかしその一方で，ダークマターの性質についてはほとんどわかっていない．従ってダークマターの可能性については広大なパラメーター領域が存在しており，より効率的な探索のためにはその可能性を狭めることが重要である一方，これまで調べられてこなかったようなパラメータ領域において新しいダークマターの可能性を追究することも重要である. 学術変革の本研究班では以上の問題について，量子重力や超弦理論の手法を中心に，素粒子現象論，宇宙論などの知見を交えて学際的に挑戦しようとするものである.
本年度は研究代表者と分担者の共同研究に着手する一方，各研究者自身の研究についても推進した．本年度の成果の一例は以下のとおり：(1)山崎はホログラフィーにおいて新しく現れた概念であるアンサンブル平均を，一般的なナライン型の共形場の理論について計算し，その結果現れた保型形式を重力における時空の足し上げとして解釈した．(2)白井はダークマターの有力候補であるQCD axionについて，その安定性やILC実験での検出可能性について議論した．(3)斎藤は宇宙背景輻射（CMB）の揺らぎに対して非線形（二次）の効果を計算する統一的な枠組みを構築した．この問題は素朴には非線形なボルツマン方程式を連立させて解く必要があるが，斎藤らはこれを測地線に沿って考えるCurve-of-Sight法により解決した．なお，この研究は学術変革の他班（B06, A02 C02）の研究者を巻き込んだ融合研究である．(4)野村はダークマターの安定性が創発する大域対称性により保障される簡潔なカイラルダークマターについて白井や山崎とともに研究を進めた．また，ブラックホールの地平面において，場の理論の大域対称性が破れていなければならないという一般的な議論を与えた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度はコロナの感染拡大による影響もあったが，本年度は既に国内外の移動も徐々に可能になってきており，白井，山崎が斎藤の所属する山口大学に出張して集中的に議論を行うなど，共同研究が順調に進んでいる．また，山崎は本年度から次年度にかけて野村の所属するUC Berkeleyに長期滞在し，野村ともダークマターについて研究討議を行なった他，ダークフォトンののモデルにおいて量子重ね合わせの効果が重要になるシナリオについてUC Berkeleyの博士研究員千草氏と共同研究を進めた．また，斎藤，白井，野村，山崎の四者あるいは部分集合によりてオンラインで随時ミーティングを行うなどし，まだ出版にはいたっていないもの複数の共同研究が進行中である.また，各研究者の論文発表も盛んであり，本年度に限っても既に10編を超える論文を出版している．また，学術変革での年度末の領域会議においても我々の研究発表は高い評価を頂いた．今までのところ予想外の全く新しい発展は生まれているとまではいえないが，その芽は順調に育ってきており，計画はおおむね順調に進展していると評価することができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度同様随時オンラインミーティングによるメンバーの議論と共同研究を加速する.その一方，次年度以降では対面での議論を拡大し，インフォーマルな意見交換を行うことで研究を加速したい. 野村も令和4年度は東京大学を含む日本の訪問を計画している.これらの機会を用いて新しい研究トピックのためのブレーンストーミングを行うほか，細かい技術的詳細についても議論したい. また，公募研究のメンバーの中には例えば神戸大学の野海氏のように量子重力とダークマターとの関係について深い研究を行っている研究がおり，共同研究の可能性について探っていきたい．
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