2015 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙の揺らぎと構造の進化、その背後にある物理の究明
| Project Area | Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future - |
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| Project/Area Number |
15H05889
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 史宜 東北大学, 理学研究科, 准教授 (60503878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樽家 篤史 京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40334239)
川崎 雅裕 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
郡 和範 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (50565819)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | ダークマター / 宇宙物理 / 構造形成 / 超対称性理論 / 元素合成 / 宇宙背景輻射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダークマターの正体に迫るためには初期宇宙での生成，元素合成および宇宙背景輻射への影響，重力進化による構造形成，標準理論を超える物理といった多角的なアプローチが必須である．本研究計画において様々な角度からダークマターに関する研究を行った．
郡は川崎と共に，ダークマターの対消滅によって放出される高エネルギーハドロンがビッグバン元素合成時に作られた軽元素の存在量を変えてしまう可能性を調べた。特に最近のCooke et al. (2014) による極めて不定性の少ない重水素の観測値を採用することなどにより、対消滅断面積の上限値に関して，これまで知られている値より数倍程度厳しい制限を得た．川崎は暗黒物質粒子の初期宇宙における対消滅が宇宙背景放射の非等方性に与える影響を考え、最新の観測データから対消滅断面積に対して制限を得た。この制限は銀河内の暗黒物質分布に依存しないという利点がある。樽家はコールドダークマターの重力的クラスタリングに関して、ヴラソフ-ポアソン方程式にもとづく新しい解析的計算手法の開発を進めた．高橋は川崎とともに，隠れたセクターにおけるモノポールがWitten効果によってアクシオンの進化に与える影響を調べ，アクシオン存在量および等曲率揺らぎが抑制されることを明らかにした．千葉は銀河やそれよりも小さな空間スケールにおける暗黒物質の存在形態に着目し，銀河系やアンドロメダ銀河の衛星銀河である矮小楕円体銀河に付随する暗黒物質ハローの内部密度分布を、メンバー星の詳細な動力学解析に基づいて決定した。そして、その内側の面密度がある一定のユニバーサルな値を取ることをはじめて見つけた。伊部は宇宙項および超対称性の破れのスケールに関する観測・実験結果から，R-対称性の破れの機構が超対称の破れのスケールに下限をもたらす可能性について調べた．
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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
ダークマターの正体に迫るため，様々な観点から分担者および連携研究者により研究を遂行することができた．具体的には，超対称性理論には最も軽いR-parity negativeの粒子がダークマターの候補であるが，そのR対称性と現在の加速膨張を引き起こす宇宙項との間の研究，アクシオンダークマターの初期宇宙進化，ダークマターの対消滅および崩壊が引き起こす元素合成および宇宙背景輻射への影響，ダークマターの重力進化についての理論構築，および矮小楕円体銀河におけるダークマター分布の観測による決定といった多岐にわたり研究を行うことで当初の計画通りダークマターに関する新たな知見を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は分担者および連携研究者間の連携を密にとることによって，それぞれの研究間の交流を促進し，ダークマターの謎に迫るために俯瞰的な視野を全員で共有し，本研究計画の目的遂行に邁進する．特にダークマターの分野は広く，間接検出，初期宇宙進化，素粒子理論，重力進化，現在のダークマター分布の観測など様々なトピックがあるため，相互交流と相互理解が欠かせない．また直接実験探索や他の実験によるダークマター探査の提案などこれまでカバーしていない分野，トピックに関しても専門家を招聘するなど新たな研究領域開拓に努力する．
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