物質反物質非対称性の起源と暗黒物質およびインフレーション理論に関する研究

• Project/Area Number: 16J02529
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山田 將樹 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: インフレーション / ランドスケープ / 超弦理論 / 暗黒物質

Outline of Annual Research Achievements

インフレーション理論は地平線問題や平坦性問題などの宇宙論的な諸問題の解決や、宇宙の構造形成の種の生成などの成功を収め、観測的にも確かな理論である。インフレーションのモデルには様々なものが提案されてきているが、本研究では理論的に他のモチベーションのあるモデルにのみ注目した。特に、超弦理論やその低エネルギー有効理論である超重力理論において自然に実現されるモデルに注目して研究を行った。
超弦理論の低エネルギー有効理論においては、モジュライと呼ばれる軽いスカラー場がO(100)個現れることが知られており、これを用いてインフレーションを引き起こすことができる。このモジュライのポテンシャルは、場の個数が大量にあることから、大数の法則によってガウス性をもつ相関関数によってモデル化されることが期待される。このポテンシャルの統計的性質をで詳細に調べたことにより、垂直方向のスカラー場の質量がインフレーションのエネルギースケールよりも大きくなる条件を明らかにし、自然なパラメータの範囲ではゆらぎの非ガウス性や等曲率揺らぎの値が無視できることを示した。また、ガウス性を持つ相関関数から具体的なポテンシャルの形をランダムに生成する方法を提案した。これによって生成されたポテンシャルを用いて擬真空間のトンネル効果やインフラトンのダイナミクスを解析した結果、複雑な多次元のポテンシャルを用いてもインフレーションの予言は１次元の場合と同様であることを示した。さらに、我々の宇宙の曲率揺らぎの振幅の観測値を自然に再現するためには超対称性の破れのエネルギースケールの値に対して条件がつくことを示した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Tufts University(U.S.A.)
• [Int'l Joint Research] Tufts University(米国)
• [Journal Article] Adiabatic suppression of the axion abundance and isocurvature due to coupling to hidden monopoles (2018)
  • Author(s): Masahiro KawasakiFuminobu TakahashiMasaki Yamada
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 01 Issue: 1 Pages: 53-53
  • DOI: 10.1007/jhep01(2018)053
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inflation in Random Landscapes with two energy scales (2018)
  • Author(s): J. J. Blanco-Pillado, Alexander Vilenkin, Masaki Yamada
  • Journal Title: JHEP Volume: 02 Issue: 2
  • DOI: 10.1007/jhep02(2018)130
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hessian eigenvalue distribution in a random Gaussian landscape (2018)
  • Author(s): Alexander Vilenkin, Masaki Yamada
  • Journal Title: JHEP Volume: 03 Issue: 3
  • DOI: 10.1007/jhep03(2018)029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Initial conditions for slow-roll inflation in a random Gaussian landscape (2017)
  • Author(s): Ali Masoumi, Alexander Vilenkin, Masaki Yamada
  • Journal Title: JCAP Volume: 07 Issue: 07 Pages: 003-003
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/07/003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] False vacuum decay catalyzed by black holes (2017)
  • Author(s): Kyohei Mukaida and Masaki Yamada
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 96 Issue: 10 Pages: 103514-103514
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.103514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inflation in multi-field random Gaussian landscapes (2017)
  • Author(s): Ali Masoumi, Alexander Vilenkin, Masaki Yamada
  • Journal Title: JCAP Volume: 12 Issue: 12 Pages: 035-035
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/12/035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Entanglement entropy and decoupling in the Universe (2017)
  • Author(s): Yuichiro Nakai, Noburo Shiba, Masaki Yamada
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.123518
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On Longevity of I-ball/Oscillon (2017)
  • Author(s): K.Mukaida, M.Takimoto and M.Yamada
  • Journal Title: JHEP Volume: 3 Issue: 3 Pages: 122-122
  • DOI: 10.1007/jhep03(2017)122
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Charged Q-ball Dark Matter from $B$ and $L$ direction (2016)
  • Author(s): J.~P.~Hong, M.~Kawasaki and M.~Yamada,
  • Journal Title: JCAP Volume: 08 Issue: 08 Pages: 053-053
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2016/08/053
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diphoton Excess as a Hidden Monopole (2016)
  • Author(s): Masaki Yamada, Tsutomu T. Yanagida, Kazuya Yonekura
  • Journal Title: Physics Letter B Volume: 759 Pages: 459-463
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.06.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Diphoton excess from hidden U(1) gauge symmetry with large kinetic mixing, (2016)
  • Author(s): F.~Takahashi, M.~Yamada and N.~Yokozaki
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 760 Pages: 013-013
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.07.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SIMP from a strong U(1) gauge theory with a monopole condensation (2016)
  • Author(s): Ayuki Kamada, Masaki Yamada, Tsutomu T. Yanagida, Kazuya Yonekura
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 5 Pages: 055035-055035
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.055035
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inflation in random Gaussian landscapes (2016)
  • Author(s): Ali Masoumi, Alexander Vilenkin, Masaki Yamada
  • Journal Title: arXiv Volume: －
  • Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Inflation in random Gaussian landscapes (2018)
  • Author(s): Masaki Yamada
  • Organizer: Northeast cosmology workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Entanglement Entropy and Decoupling in the Universe (2017)
  • Author(s): Masaki Yamada
  • Organizer: Workshop on Beyond Standard Model and the Early Universe
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Affleck-Dine leptogenesis and its backreaction to inflaton dynamics (2016)
  • Author(s): Masaki Yamada
  • Organizer: Revealing the history of the Universe with underground particle and nuclear research 2016
  • Place of Presentation: The University of Tokyo (東京都文京区)
  • Year and Date: 2016-05-11
  • Int'l Joint Research