2022 Fiscal Year Annual Research Report
重力波レーザー干渉計を用いた軽いダークマターの検証
Publicly Offered Research
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
21H05453
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
須山 輝明 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Keywords | ダークマター / レーザー干渉計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
標準模型の粒子とわずかに相互作用する非常に軽いダークマターを、LIGO重力波レーザー干渉計のデータを用いて探索し、制限した。まず、前年度に行ったデータ解析法の定式化に地球の銀河系内での公転運動に伴うダークマターの速度分布の非等方性の効果を取り入れた。その結果、有効観測量である２台の検出器間によるcross-correlation statisticが、3×(10の-13乗)電子ボルトのスカラー場の質量(７０ヘルツの信号に対応)付近に対しては感度を失い、それ以外の10の-13乗から10の-11乗電子ボルト間の質量に対しては、２倍ほど感度が良くなることが分かった。その後、導いたcross-correlation statisticをLIGOのO3観測に基づくcross-correlation statisticの公開データと比較した。その結果、スカラー場の存在を示す兆候は見つからなかった。この非検出の結果から、ダークマタースカラー場と標準模型粒子との相互作用として５つの場合(グルーオンと結合、クォークと結合、電子と結合、光子と結合、重力との非最小結合)を考え、それぞれの場合において相互作用の強さの上限を導いた。最初の４つの場合については今回の制限は等価原理の検証実験による制限には及ばないことが分かった。また、最後の場合についても、今回の制限は第五の力の探索実験による制限には及ばないものの、その差は５倍以内であることが分かり、今後レーザー干渉計の感度向上に伴い、いずれ今回の方法が第五の力の実験を上回り、最も有効となることが実証できた。また、ここまでの結果を当該学術変革のシンポジウムにて発表した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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