2019 Fiscal Year Research-status Report
Determining the inflationary particle content through the cosmological collider physics
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19K14718
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| Research Institution | Kagawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
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) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | インフレーション / 高スピン場 / CMB / 銀河 / 中性水素21cm / 重力波 / アクシオン / 非ガウス性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、素粒子固有の性質である「スピン」を指標として、(1)理論、(2)観測双方向からのアプローチによってインフレーションの構成粒子の特定を目指す。以下が本年度の研究成果である。
(1)に関して: 1. アクシオンとSU(2)ゲージ場(スピン1)の存在するインフレーションモデルで生成される重力波2点相関関数の形状はアクシオンポテンシャルに強く依存することを発見し、その形状を宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のBモード観測でどの程度見分けられるか詳細に調べた。2. 原始重力子(スピン2)などから生じる長波長潮汐力場によって観測される銀河分布に特異な非等方性が現れ、我々が先行研究で開発した解析手法を適用すればそのシグナルをバイアスなく測定できることを発見した。
(2)に関して: 1. CMB3点相関関数の温度場とE/Bモード偏光場との相互相関も含めた一般的なデータ解析手法を開発した。2. NASA WMAP衛星による温度場の観測データを用いてWeyl重力で生じる重力子の非ガウス性を測定し、高スピン場の存在可能性に対する観測的制約を得た。さらに、JAXA LiteBIRD衛星によるBモード偏光場の将来観測によって制限結果の精度が数桁向上することを発見した。3. LiteBIRDの装置開発に関する研究や、他の将来観測計画に関する提言などを行った。
上記の成果はすでに複数の論文にまとめ、世界に公表している。また、重力子の非ガウス性の観測的研究に関する総説論文も出版しており、反響を得ている。これらを今後の研究で発展させ、インフレーションの構成粒子に関する包括的理解を目指す。
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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
本年度は、(1)の理論的研究のみを行う予定であったが、上記の通り、(1)も予定通り進展し、かつ、(2)の観測的研究の進展もあった。さらに、次年度以降に行うテーマについてもすでに研究を進めている。上記の進捗状況から、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)に関しては、まず、スピン1のインフレーションモデルの現象論的研究を徹底的に行う。アクシオンとSU(2)ゲージ場の存在するモデルにおいて、重力波4点相関関数を計算し、将来のCMB観測や背景重力波干渉計による観測での検出可能性を調べるのが近々の課題である。その後、高スピン場の存在する種々のモデルにおいて、予言されるCMB、銀河、中性水素21cm、背景重力波などの多点相関関数を計算し、その観測可能性を議論する。
(2)に関しては、(1)で理論予言した種々のモデルにおけるシグナルを、CMBや銀河の最新観測データを用いて検証する。また、そのためのデータ解析手法を開発する。当初は、2021年度、2022年度に行う予定であったが、2020年度にも(1)と並行して進める。
各々のプロジェクトが完成次第、順次論文としてまとめ、世界に公表していく。また、関連する新たなプロジェクトの発掘にも努め、挑戦していく。
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| Causes of Carryover |
当該助成金が生じた状況: 新型コロナウイルス感染症の蔓延拡大の影響で、年度末に参加予定であった国際会議や研究協力者とのミーティングが相次いで延期となり、それにかかる出張旅費が必要なくなった。
翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画: 当初の予定配分額分は、国内外の出張旅費とコンピュータや周辺機器の購入費に充てる。今回生じた次年度使用額分は、延期となった国際会議やミーティングが開催される予定であるため、その参加のための旅費に充てる。
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[Journal Article] Probing the origin of our Universe through cosmic microwave background constraints on gravitational waves2019
Author(s)
Sarah Shandera, Peter Adshead, Mustafa Amin, Emanuela Dimastrogiovanni, Cora Dvorkin, Richard Easther, Matteo Fasiello, Raphael Flauger, John T. Giblin, Jr, Shaul Hanany, Lloyd Knox, Eugene Lim, Liam McAllister, Joel Meyers, Marco Peloso, Graca Rocha, Maresuke Shiraishi, Lorenzo Sorbo, Scott Watson
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Journal Title
Bulletin of the American Astronomical Society
Volume: 51, 3
Pages: 338
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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