2021 Fiscal Year Annual Research Report
Dark matter search using the cosmic microwave background
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05859
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小松 英一郎 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員上級科学研究員 (00750316)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 希典 香川高等専門学校, 一般教育科(高松キャンパス), 講師 (00803446)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 宇宙マイクロ波背景放射 / 偏光 / ダークマター / アクシオン / 複屈折効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パリティ対称性を破るアクシオン場のようなダークマターが光子と相互作用を行うと、光子の偏光面は回転する。これは「宇宙複屈折効果」と呼ばれている。この効果により宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の偏光パターンは変化し、EモードとBモード偏光の相互相関（EB相関）が生じる。これは、パリティ対称性を保存する標準的な宇宙モデルでは得られないため、パリティ対称性を破るダークマター探査を可能にする。前年度までの研究では、2018年に発表された欧州宇宙機関（ESA）のCMB観測衛星Planckのデータ（Public Release 3; PR3）を用いてEB相関を測定し、パリティ対称性の破れの兆候を99.2%の確からしさで観測した。ガウス分布を仮定した場合の統計的有意差は2.4シグマであった。この観測結果は、EB相関を用いたダークマター研究の新しい地平を切り開くものであった。本年度は、この測定の精度を高めるべく、2020年に発表された最新のPlanckのデータ（PR4）を解析した。その結果、さらに統計的に有意な結果を得た。一方、この測定結果は宇宙複屈折効果ではなく、銀河系の星間物質由来の偏光による可能性が指摘されたため、その効果を考慮して再解析した結果、統計的有意性は3.3シグマに上昇した。この結果は広く知られるところとなり、新しい物理の兆候ではないかと注目されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
前年度の計画では、2018年発表のPlanckのデータのEB相関を用い、パリティ対称性の破れの大きさに対して上限値を得ることが目的であった。しかし、予想に反してパリティ対称性の破れの兆候が観測されたことから、当初の予想以上にこの分野の研究が大きく進展することとなった。本年度は、2020年に発表されたPlanckの最新データを用いただけでなく、この測定結果が銀河系の星間物質由来の偏光によるものなのか、あるいはPlanck衛星に搭載された検出器の性質によるものなのかを精査した。その結果、さらに統計的に有意な結果を得た。これは全く予想していなかった展開であり、本計画研究は、当初計画していた以上のペースで進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果は、全Planckデータのうち高周波検出器（HFI）と呼ばれる、100GHz以上の高周波数の光子に感度のある検出器を用いて得たものである。今後は、100GHz以下の低周波検出器（LFI）のデータも用いて、全PlanckデータのEB相関を測定する予定である。また、Planck衛星だけでなく、NASAのWMAP衛星のデータも組み合わせることで、さらに統計的に信頼できる結果を得る予定である。
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Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Cosmic Birefringence from the Planck Data Release 42022
Author(s)
Diego-Palazuelos P.、Eskilt J.R.、Minami Y.、Tristram M.、Sullivan R.M.、Banday A.J.、Barreiro R.B.、Eriksen H.K.、Gorski K.M.、Keskitalo R.、Komatsu E.、Martinez-Gonzalez E.、Scott D.、Vielva P.、Wehus I.K.
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 128
Pages: 091302
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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