• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Dark matter search using the cosmic microwave background

Planned Research

Project AreaWhat is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
Project/Area Number 20H05859
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小松 英一郎  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員上級科学研究員 (00750316)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白石 希典  公立諏訪東京理科大学, 共通・マネジメント教育センター, 講師 (00803446)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥55,250,000 (Direct Cost: ¥42,500,000、Indirect Cost: ¥12,750,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsダークマター / 宇宙マイクロ波背景放射 / 偏光 / アクシオン / ベクトル場 / 複屈折効果
Outline of Research at the Start

ダークマターは宇宙に存在する物質の8割を占めるが、その正体は不明である。これまでの研究では、WIMPと呼ばれる弱い相互作用を行う重い粒子が最有力候補であったが、長年の探査にも関わらずその検出は成功していない。そこで、近年は全く異なる種類のダークマター探査が注目されている。本研究では、素粒子物理学の標準理論モデルには含まれない、パリティ対称性を破る「アクシオン場」や、スピンを持つベクトル場などに着目し、それらが宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光に与える影響を、理論的・観測的に調べる。CMBの偏光に特化するのが本研究の特色である。

Outline of Annual Research Achievements

パリティ対称性を破るアクシオン場のようなダークマターが光子と相互作用を行うと、光子の偏光面は回転する(宇宙複屈折効果)。すると、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光パターンは変化し、EモードとBモード偏光の相互相関(EB相関)が生じる。これは、パリティ対称性を保存する標準的な宇宙モデルでは得られないため、パリティ対称性を破るダークマター探査を可能にする。本年度で得られた大きな成果は、欧州宇宙機関(ESA)のCMB観測衛星Planckのデータを用いてEB相関を測定した結果、パリティ対称性の破れの兆候を99.2%の確からしさで観測したことである。この観測結果は、EB相関を用いたダークマター研究の新しい地平を切り開くものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、PlanckのデータのEB相関を用い、パリティ対称性の破れの大きさに対して上限値を得ることが目的であった。しかし、予想に反してパリティ対称性の破れの兆候が観測されたことから、当初の予想以上にこの分野の研究が大きく進展することとなった。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の柱となるのは、現在得られている99.2%の統計的有意性を高めることである。そのために、Planckの最新データや、WMAPなどの他の観測データを加えて解析することを今後の目標とする。また、得られたパリティ対称性の破れの信号を理論的に解釈する必要があり、こちらも精力的に研究する予定である。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(20 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Max-Planck-Institut fuer Astrophysik(ドイツ)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of Portsmouth(英国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of New South Wales(オーストラリア)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Instituto de Fisica Teorica UAM/CSIC(スペイン)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] ASIAA(台湾)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] CMB mode coupling with isotropic polarization rotation2021

    • Author(s)
      Namikawa Toshiya
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 506 Pages: 1250-1257

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1796

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Minimum variance estimation of statistical anisotropy via galaxy survey2021

    • Author(s)
      Shiraishi Maresuke、Okumura Teppei、Akitsu Kazuyuki
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 039-039

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/03/039

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cross-correlations as a diagnostic tool for primordial gravitational waves2021

    • Author(s)
      Malhotra Ameek、Dimastrogiovanni Ema、Fasiello Matteo、Shiraishi Maresuke
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 088-088

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/03/088

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Wide-angle effects on galaxy ellipticity correlations2021

    • Author(s)
      Shiraishi Maresuke、Taruya Atsushi、Okumura Teppei、Akitsu Kazuyuki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      Volume: 503

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slab009

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Alcock-Paczynski effects on wide-angle galaxy statistics2021

    • Author(s)
      Shiraishi Maresuke、Akitsu Kazuyuki、Okumura Teppei
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 103 Pages: 123534-123534

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.123534

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Improved sensitivity of interferometric gravitational-wave detectors to ultralight vector dark matter from the finite light-traveling time2021

    • Author(s)
      Soichiro Morisaki, Tomohiro Fujita, Yuta Michimura, Hiromasa Nakatsuka, Ippei Obata
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 103

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.l051702

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Statistically-anisotropic tensor bispectrum from inflation2021

    • Author(s)
      Hiramatsu Takashi、Murai Kai、Obata Ippei、Yokoyama Shuichiro
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 047-047

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/03/047

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] New Extraction of the Cosmic Birefringence from the Planck 2018 Polarization Data2020

    • Author(s)
      Minami Yuto、Komatsu Eiichiro
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 125 Pages: 00-00

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.221301

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Prime Focus Spectrograph: Cosmology Program2021

    • Author(s)
      小松英一郎
    • Organizer
      The 237th American Astronomical Society Meeting
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Delensing for Simons Observatory: New Methods to Improve Constraints on Inflation2021

    • Author(s)
      並河俊弥
    • Organizer
      The 237th American Astronomical Society Meeting
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hunting for Parity-violating Physics in Polarisation of the Cosmic Microwave Background2020

    • Author(s)
      小松英一郎
    • Organizer
      NCTS Annual Theory Meeting 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光共振器を用いたアクシオン暗黒物質探査2020

    • Author(s)
      小幡一平
    • Organizer
      第5回ドイツ物理学・応用物理学セミナー
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Statistically-Anisotropic Tensor Bispectrum from Inflation2020

    • Author(s)
      小幡一平
    • Organizer
      JGRG online workshop
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 宇宙マイクロ波背景放射の偏光に「パリティ対称性」を破る新しい物理の兆候を観測

    • URL

      https://www.ipmu.jp/ja/20201124-CosmicBirefringence

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] A hint of new physics in polarized radiation

    • URL

      https://www.mpa-garching.mpg.de/896049/news20201123

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-11-24   Modified: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi