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
| Project/Area Number |
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 2022)
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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 | アクシオン / 重力波 / 暗黒物質 / 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 |
初期宇宙の理論であるインフレーション理論は、私たちの宇宙が量子揺らぎから始まったことを示唆している。しかし私たちの宇宙の起源が、確かに量子揺らぎだったという証拠は未だに見つかっていない。私たちの宇宙が確かに量子ゆらぎから始まったという証拠を見つけるために、宇宙初期に量子ゆらぎから直接生成されるアクシオンの量子性に着目した。質量のないグラビトンの場合は、その量子状態はインフレーション中の激しい粒子生成によって、膨大な数のグラビトンが詰まった量子状態（スクイーズ状態）になることが分かっている。しかし、質量を持つアクシオンが、グラビトンと同様にスクィーズ状態になるかは明らかではない。そこでアクシオンがインフレーション中にスクィーズ状態になるかを調べた。その結果、アクシオンの質量は非常に小さいため、グラビトン同様スクィーズ状態になることが分かった。また、宇宙の構造形成を引き起こす重力源は、暗黒物質だと分かっているものの、未だに直接検出されていない。最近、アクシオンが暗黒物質であるという説が有力になっている。このアクシオンは宇宙における相転移で形成されるドメインウォールを形成し、暗黒物質に寄与していると考えられている。そこで、重力波がこのアクシオンドメインウォールを通過することにより、円偏光が生成されることを示した。この円偏光が検出されれば、アクシオンドメインウォールの存在を示唆することになり、暗黒物質に寄与していることが判明する。
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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
当初の目的であるアクシオン暗黒物質を検証する方法を見つけ、観測可能であることを示唆した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最近、冷却原子を使った量子センシングの技術が発展し、暗黒物質の検出に用いることが議論され始めている。これをアクシオンに応用し、実験室で捉えるための計算を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(12 results)
