Dark matter search using the cosmic microwave background
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05859
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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Report
(1 results)
Research Products
(20 results)
