Evolution of the early Universe based on string theory

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13910
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yamada Masaki 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20871106)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ダークマター / 物質反物質非対称性 / 重力波 / インフレーション

Outline of Final Research Achievements

The early universe is in a high-temperature, high-density state, and the Standard Model of particle physics may not be applicable. In fact, the Standard Model cannot be used to realize inflation and produce baryon asymmetry, and new physics beyond the Standard Model is necessary. In this study, I investigated how inflation and the production of baryon asymmetry are realized in the early universe by making use of effective theories of elementary physics, such as those suggested by the string theory, and discussed the feasibility of a cosmological scenario that is consistent with current cosmological observations. I also made predictions for future experiments and observations.

Free Research Field

素粒子論的宇宙論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

素粒子の標準模型の拡張として有力な、アクシオン、余剰次元、CP対称なモデル、pure Yang-Mills理論といったモデルに注目し、それらが宇宙におけるダークマターやバリオン数の生成機構とどういった関連があるのかを議論した。また、それらのモデルは、荷電レプトンフレーバー対称性の破れ、強いCP位相、重力波などの将来的な観測実験によって検証が可能であることを明らかにした。これにより、将来的な素粒子や宇宙の実験観測によって、高エネルギーの素粒子模型の情報や宇宙の成り立ちについての理解が深まることを示した。