2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H02875
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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, 教授 (60503878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石渡 弘治 金沢大学, 数物科学系, 助教 (40754271)
横崎 統三 東北大学, 理学研究科, 助教 (80779322)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アクシオン / 隠れた光子 / ステライルニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
QCDアクシオンは大域的U(1)Peccei-Quinn対称性が自発的に破れることによって生じる南部・ゴールドストン粒子である．QCDアクシオンは素粒子標準理論における強いCP問題をダイナミカルに解決することができるだけでなく，初期宇宙において大量に生成され，現在の宇宙論の最大の謎のひとつであるダークマターを自然に説明することができるなど，極弱相互作用を持つ新粒子の最有力候補として知られている．横崎は高橋とともに大学院生の大道とともに、QCDアクシオンが隠れたゲージボソンと結合するとき、アクシオンと光子との結合が通常に比べて100倍程度大きくなり、将来実験で容易に観測出来ることを示した。石渡は宇宙線を用いた暗黒物質の間接検出実験の理論研究を行った。特にマルチメッセンジャー天文学の発展に着目し、素粒子的暗黒物質探索への応用に向けたシミュレーションを進めている。石徹白は新しいWISP探索実験のための超伝導素子開発を進めている. すでに開発した素子で241Amの59.5keV γ線を検出することに成功した. 川崎は超対称アクシオン模型において、等曲率揺らぎの問題とドメイン・ウォール問題が回避できることを格子計算によって明らかにした。高橋は川崎とともに，アクシオンがWitten効果によって隠れたセクターのモノポールとの相互作用を通じて初期宇宙において大きな質量を獲得することでそのダイナミクスが大きく変化することを示し，その存在量の解析的な評価を行った．
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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
極弱新粒子に代表されるダークマターと標準理論を超える物理に関する国際研究会を開催し，海外から１０名程度の招待講演者を招聘し，研究の最先端の知見を交換することができた．またアクシオンの探索実験の多くはアクシオンと光子との相互作用を用いており，大統一理論に基づいてアクシオン光子結合が二桁程度も大きくなりうることを示すことができた．これは理論のみならず実験への重要な含意となる．またaxionの交換によるスピンに依存するポテンシャルも多くの実験によって探索されているが，その符号が多くの文献で誤りであったことを指摘した．この点も将来実験に対する重要な含意を持つ．
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| Strategy for Future Research Activity |
横崎は隠れたゲージボソンがフレーバーによらない結合を持つ場合、ミューオンg-2のアノマリーを説明できる可能性は既に排除されている。一方、隠れたゲージボソンの結合がフレーバーによる一般の場合については、アノマリーを説明できることが期待される。後者の場合について、隠れたゲージボソンの実験的制限や検出可能性を明らかにする。石渡はマルチメッセンジャー天文学を暗黒物質探索へと応用したシミュレーションを完成させ、それを基礎に極弱新粒子探索を目的とした理論研究を遂行する。川崎はアクシオン・ミニクラスターの生成を格子シミュレーションを用いて調べる。北野はアクシオン質量の温度依存性について理論的および格子計算を用いて調べアクシオン存在量への含意を調べる．石徹白は希釈冷凍機を用いて超伝導素子の高感度化を行う. 55Feの5.9keV X線の検出を実証し, 感度は未だ十分でないことが予想されるがWISP探索の手法を
実験的に示すことを目標とする.高橋は研究を総括するとともに，アクシオンが複数存在する場合にアクシオンと光子，電子，核子との結合の強さがどのように変化するかを調べる．
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