アクシオンの量子性で迫る宇宙の起源と暗黒物質の正体
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22K03621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
菅野 優美 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70827427)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 暗黒物質 / 量子センシング / 高周波重力波 / 原始ブラックホール / アクシオン / 重力波 / ドメインウォール / 宇宙の起源 |
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| Outline of Research at the Start |
初期宇宙の理論であるインフレーション理論は、宇宙の構造や宇宙背景放射の温度揺らぎを、量子揺らぎから説明することに成功しました。本研究の目的は、アクシオンの量子性を検出することで、量子揺らぎが宇宙の起源であることと、アクシオンが存在することを同時に証明することです。そのために、量子情報理論の最近の発展を、アクシオンの量子性を検証することに応用し、アクシオンによって引き起こされる量子物体の古典化を利用してアクシオンの存在を間接的に証明することを目指します。アクシオンの量子性の検証に成功すれば、素粒子標準模型を超えた物理の発見にもつながります。
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| Outline of Annual Research Achievements |
原始ブラックホールは非バリオン的であるため、暗黒物質の良い候補となっている。この原始ブラックホールが、銀河系内にある場合には、高周波の重力波が生成される可能性がある。現在の稼働中、または計画中の重力波干渉計では、高周波重力波に対する感度が悪いため、新しい検出器を考える必要がある。
私たちはリュードベリ原子を用いた量子センシングを利用して、高周波重力波を検出する方法を考えた。リュードベリ原子は、大きな電気双極子モーメントを持つため、微弱な電場に対して非常に感度が良い。重力波は磁場と相互作用すると、電場が生成されることに着目して、実験室で磁場を用意し、重力波が来たときに、磁場との相互作用で生成される電場を、リュードベリ原子で測定することで、間接的に重力波を捉えることを考案した。具体的には４準位系のリュードベリ原子気体に対する実験室系においては、フェルミ正規座標系を拡張することで精度が大きく向上することを明らかになった。これは将来、高周波重力波検出器をデザインする際に重要となる。その結果、26.4ギガヘルツの高周波重力波に対して、リュードベリ原子を用いた検出器では、10^{-20}の感度が出ることがわかった。
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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
当初の目的である暗黒物質を検証する方法として、量子センシングを利用することで観測可能性が出ることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
さらに感度を上げるために、リュードベリ原子のエンタングルメントを考え、ハイゼンベルグ極限に達することができるかを考察する。また、アクシオンの検出に向けて、リュードベリ原子を用いた量子センシングを応用することを考える。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
