2019 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of production mechanisms of the axion dark matter based on numerical simulation
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18K03640
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
関口 豊和 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, 研究員 (30584750)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 初期宇宙 / 位相欠陥 / アクシオン / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質の有力候補の一つであるアクシオン暗黒物質について、その主要な生成機構の一つであるアクシオン宇宙紐について解析を行った。大規模数値シミュレーションに基づき宇宙紐のダイナミクスを追うとともに、宇宙紐から放出されるアクシオンのエネルギースペクトルを算出し、アクシオン生成数の及び暗黒物質量を説明するアクシオン質量の見積もりを行った。
これまでに我々を含む複数のグループによりアクシオン宇宙紐の時間発展において長期ダイナミクスが存在することが発見されている。しかし、長期ダイナミクスの物理的起源は依然不明であり、その解明が現在最も重要な課題である。我々は、one-scaleモデルなどの解析的に宇宙紐ダイナミクスを記述するモデルを拡張することにより、アクシオンの長期ダイナミクスを記述しようと試みているが、現在までに満足な結果は得られていない。我々のグループを含むこれまでの数値計算結果から、長期ダイナミクスは初期条件に依らないアトラクターであると信じられているが、張力や輻射効率の時間変化を取り入れてもアトラクターかつ長期ダイナミクスを実現するには至っていない。
解析モデルの構築を試みる中で、更に長期の数値計算及び宇宙紐の組み替え過程など数値シミュレーション・解析を充足させる必要性が明らかとなった。その上で、まず更に数値計算の長期化を実現する上で必要となる計算コードの効率化を行った。併せて宇宙紐の組み替え効率の算出など、これまで行われていない解析手法の導入を行った。その一方で、アクシオン輻射エネルギースペクトルなど他のグループとの相違点の原因の検証なども行い、計算コード全体の改善を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在、最も重要となるアクシオン長期ダイナミクスの物理的起源を解明するべく解析を進めている。本年度は主に理論解析モデル構築の試みと、計算コードの改善に終始した。これまでのところ解析的な試みは実を結んでおらず、本年度達成できた学術的成果自体は大きくない。しかしそこで得られた知見から、数値計算を今後どのように改善・発展させていくべきか具体的な方針が定めることができ、今後の研究遂行の上で重要なステップであったと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
アクシオン宇宙紐の長期ダイナミクスの物理的起源を解明を最重要課題として研究を進める。そのために、改善した計算コードを用いて、これまでの8倍の格子数8192^3のシミュレーションを行い、長期ダイナミクスをより長い時間詳細に追う。加えて、アクシオン宇宙紐の組み替えなど新たな解析を用いて、アクシオン宇宙紐のエネルギー放出過程においてどのようなプロセスがどの程度寄与しているかを明らかにする。これらに基づきアクシオン宇宙紐への理解を深め、ダイナミクスを記述する解析モデルの構築、及びそれに基づくアクシオン暗黒物質生成量の算出を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの蔓延により、国際・国内学会出席の予定を複数取りやめたことによる。繰り越し部分は、主に大型計算機の使用料に充て解析を更に充実させる。また、新型コロナウィルスの状況を考慮しながら、可能であれば、国際学会出席のための旅費に充てる予定である。
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