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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Magnetogenesis and the generation of primordial gravitatoinal waves during cosmic inflation

Research Project

Project/Area Number 17J09103
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

藤田 智弘  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Keywords宇宙論 / 宇宙磁場 / カイラル磁場効果
Outline of Annual Research Achievements

初期宇宙で作られた宇宙磁場は、そのまま現在の宇宙まで何もせず残るのではなく、プラズマとの相互作用を通じて発展する。磁場とプラズマの共進化を記述するには磁気流体力学が標準的に使われているが、その中でカイラル磁場効果という新しい現象が近年注目を集めている。それは、温度が高く荷電粒子の質量が無視できる状況において、右巻きと左巻き荷電粒子の数に違いがある(カイラル非対称性)と、その差に比例した誘起電流が流れるという効果である。本年度はこの効果に注目し、共同研究者とともに磁場は全く無いが荷電粒子のカイラル非対称性はあるという初期条件から磁場がどのように生成され、その後どのように発展していくかを数値計算で丹念に調べるとともに、近似的に成り立つ解析的な式を導いた。プラズマ流体のゆらぎ(速度場)が無視できるような状況(レイノルズ数が小さい)では、最近発見されたように Chiral Magnetic Effect assisted inverse cascade という、通常のヘリカル磁場が示す Inverse cascadeとはスケーリングの異なる自己相似解があることを確認した上で、そこに対数補正が入ることを示した。反対に流体の速度場が無視できない状況(レイノルズ数が1よりずっと大きい)では、カイラル非対称性から生成されたヘリカル磁場の発展は、よく知られた通常の Inverse cascade のスケーリングによく乗ることを発見した。この研究によって、宇宙論的な状況のみならず高温下のパリティが破れた系において磁場がどのように生成・発展するかの重要な知見が得られた。原理的には、このカイラル磁場効果だけから磁場生成も可能であるが、より現実的にはカイラル非対称性だけでなく、ヘリカルな磁場も同時に存在する初期条件がもっともらしい。その場合に、どのような磁場が生き残るのかは今後の研究課題としたい。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] ジュネーブ大学/CERN(欧州原子核研究機構)/スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ジュネーブ大学/CERN(欧州原子核研究機構)/スイス連邦工科大学ローザンヌ校
  • [Int'l Joint Research] 上海交通大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      上海交通大学
  • [Journal Article] Primordial tensor non-gaussianity from massive gravity2020

    • Author(s)
      Fujita Tomohiro、Mizuno Shuntaro、Mukohyama Shinji
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2020 Pages: 023~023

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/01/023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment2020

    • Author(s)
      Michimura Yuta、Oshima Yuka、Watanabe Taihei、Kawasaki Takuya、Takeda Hiroki、Ando Masaki、Nagano Koji、Obata Ippei、Fujita Tomohiro
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1468 Pages: 012032~012032

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1742-6596/1468/1/012032

  • [Journal Article] Axion Dark Matter Search with Interferometrie Gravitational Wave Detectors2020

    • Author(s)
      Nagano Koji、Obata Ippei、Fujita Tomohiro、Michimura Yuta
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1468 Pages: 012027~012027

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1742-6596/1468/1/012027

  • [Journal Article] Gravitational Waves from Primordial Magnetic Fields via Photon-Graviton Conversion2020

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita、Kohei Kamada、Yuichiro Nakai
    • Journal Title

      arXiv e-Print: 2002.07548 [astro-ph.CO]

      Volume: - Pages: -

    • Open Access
  • [Journal Article] Generation of chiral asymmetry via helical magnetic fields2020

    • Author(s)
      Schober Jennifer、Fujita Tomohiro、Durrer Ruth
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 101 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.103028

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Perturbative description of bias tracers using consistency relations of LSS2020

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita、Zvonimir Vlah
    • Journal Title

      arXiv e-Print: 2003.10114 [astro-ph.CO]

      Volume: - Pages: -

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Scale-invariant helical magnetic fields from inflation2019

    • Author(s)
      Fujita Tomohiro、Durrer Ruth
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2019 Pages: 008~008

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1475-7516/2019/09/008

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Wide-angle redshift-space distortions at quasi-linear scales: cross-correlation functions from Zel’dovich approximation2019

    • Author(s)
      Taruya Atsushi、Saga Shohei、Breton Michel-Andres、Rasera Yann、Fujita Tomohiro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 491 Pages: 4162~4179

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/mnras/stz3272

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chiral Magnetohydrodynamics in Cosmology2020

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      Physics at the Cosmic Frontier
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Hunting Axion Dark Matter with New Techniques2019

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      Beyond general relativity beyond cosmological standard model
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Axion Dark Matter Search with Gravitational Wave Detectors2019

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      APPC2019 14th Asia-Pacific Physics Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Monkey Theory: a general and simple theory of bias expansion2019

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      PTchat@Kyoto
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原始惑星系円盤の偏光観測による暗黒物質アクシオンの探査2019

    • Author(s)
      藤田智弘、田崎亮、當真賢二
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
  • [Presentation] New Axion Dark Matter Search with Proto-Planetary Disks2019

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      Topics in Astroparticle and Underground Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hunting Axion Dark Matter with New Techniques2019

    • Author(s)
      Tomohiro Fujita
    • Organizer
      JGRG29
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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