| Project/Area Number |
23KJ0088
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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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 | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村井 開 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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)
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| Keywords | アクシオン / ダークマター / 重力波 / インフレーション |
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| Outline of Research at the Start |
アクシオンは素粒子物理から存在の可能性が示唆されている未発見の粒子であり、ダークマターやインフレーションなど、宇宙論的観点でも重要な役割を果たすことが期待されている。特にアクシオンが初期宇宙において光子などのゲージ場と相互作用する場合、原始重力波の生成や宇宙マイクロ波背景放射の偏光回転を引き起こすことが知られている。
本研究では原始重力波のパリティの破れや時間依存性のある偏光回転といったアクシオンに特有な現象について、解析計算と数値計算の両者から理論的予言を導き、宇宙論的観測の結果と比較することによってアクシオン模型の検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画ではこれまでに、アクシオンを主なテーマとして素粒子論的宇宙論に関する複数の研究を実施・発表した。暗黒物質を説明するアクシオンの研究として、複数のアクシオンが時間発展するポテンシャルのもとで運動する模型を考え、特にインフレーション前後でのポテンシャルの変化に注目することによって、ストカスティックアクシオンと呼ばれる枠組みにおいて、アクシオンの存在量が大幅に増幅されるパラメータが存在することを示した。この結果は、従来のシナリオとは異なるパラメータ領域でアクシオンが全暗黒物質を構成しうることを意味している。
また、アクシオン暗黒物質についてのもう一つの研究として、アクシオンの質量が一次相転移によって変化する場合のアクシオン存在量について研究を行った。一次相転移の進行に伴って異なる相の境界面が運動することに着目し、特定のパラメータ領域においてアクシオンの存在量が二次相転移の場合よりも大きくなることを指摘するとともに、その見積りを先行研究よりも精密なものに改善した。加えて、本シナリオにおいてアクシオンの空間的な非一様性が生成されうることを示した。
さらに、近年大きな注目を集めている背景重力波について、その初期宇宙における生成機構に関する研究を行った。特にそのうちの一つは、アクシオンとゲージ場の結合に注目した研究であり、従来考えられてきたアクシオンとU(1)ゲージ場、あるいはアクシオンとSU(N)ゲージ場の結合を通じた重力波生成の模型が、超対称性の枠組みにおいて実現可能であることを指摘した。これは、これまで低エネルギー有効理論として考えられてきた模型に対して、高エネルギー理論の観点から妥当性を与えるものである。
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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
アクシオンは素粒子論・宇宙論において様々な観点から注目を集める仮説上の粒子・場である。研究実績の概要に示したとおり、本研究課題ではこれまでに特に暗黒物質と原始重力波という複数の観点からアクシオンの研究を実施しており、順調に成果をあげている。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下の方針で研究を進める予定である。
（１）複数のアクシオンが存在する場合やポテンシャルが温度依存する場合に注目し、トポロジカル欠陥やアクシオン場のゆらぎの有無など様々な場合に対して、アクシオンが暗黒物質全体を構成するための条件を調べる。
（２）アクシオンとゲージ場の結合を通じて重力波を生成する機構について、より一般の模型に対して研究を進めるとともに、数値計算を用いてゲージ場からアクシオンに対する反作用の重要性を調べる。
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