Dark Matter in Quantum Gravity
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05860
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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 |
山崎 雅人 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (00726599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 智 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10784499)
野村 泰紀 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 (40647616)
齊藤 遼 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (70781392)
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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 |
¥56,290,000 (Direct Cost: ¥43,300,000、Indirect Cost: ¥12,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | ダークマター / 量子重力 / 超弦理論 / 沼地予想 |
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| Outline of Research at the Start |
非WIMPダークマターを実験・理論の双方から追究する本領域においては，個別のシナリオの研究に留まらず，そもそもどのダークマター模型が実現可能であり，研究に値するかといった俯瞰的な問いについて，より根源的な枠組みから考察することが不可欠である。究極理論としての量子重力はまさにそのような枠組みであり，ダークマターの理論を制限する一方，新たなアイデアの宝庫でもある。本研究班では，各理論班にて議論されるダークマター模型を量子重力から実現可能であるのか明らかにしていくこと，また超弦理論に動機づけられて新しいダークマターの模型を提唱することを目標とし，各シナリオの検証可能性を観測実験班と協力しながら探る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダークマターの正体が何であるかは現代物理学における最大の謎の一つである．しかしその一方でダークマターの性質についてはほとんどわかっていない．例えば，ダークマターの証拠はこれまでのところ重力を通じた相互作用のみにより求まっており，ダークマターの正体が何であるかについては知られていないことも多い．従ってダークマターの可能性については広大なパラメーター領域が存在しており，より効率的な探索のためにはその可能性を狭めることが重要である一方で，これまで調べられてこなかったようなパラメーター領域において新しいダークマターの可能性を追究することも重要である．
学術変革の本研究班では以上の問題について，量子重力や超弦理論の手法を中心に，素粒子現象論，宇宙論などの知見を交えて学際的に挑戦しようとするものである．
令和２年度の成果の一例として，白井と山崎による沼地予想についての研究がある（classical and quantum gravityに年度内に掲載）．量子重力における沼地予想の一つとして弱い重力予想が存在するが，これはゲージ相互作用の強さに制限を与えるものである．これをスカラー場に拡張したのがスカラー版の弱い重力予想であり，筆者らは物理的な・実際的な動機に基づいて新しい予想を提唱し，その宇宙論的帰結（例えば軽いダークマターについての制限）を論じた．
別の一例として，斎藤は本学術変革にも参加しているChul-Moon Yoo氏などとの共同研究において，スカラ＝テンソル修正重力理論に現れるカメレオン機構について研究し，定常解からの線形・非線形摂動の効果のダイナミクスを調べた．
このように，既に研究班内，また別の研究班との共同研究についても成果があがっている．一方で，実際には本年度の研究の成果は未発表のものが多く，来年度以降の更なる成果が期待できる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナの感染拡大による計画変更のため，研究費を繰り越すなどの計画変更が一部あった．しかし令和２年分はその研究費のほとんどを数値計算のための高性能計算機の購入にあてる計画となっており，計算機の購入は予定通り実行し東京大学，山口大学に設置済みであり，計算も順調に進展している．また，コロナウイルスによる影響の可能性は計画作成時にある程度織り込み済みであり，実際にはこれまでのところ大きな影響は受けていない．
研究班内での共同研究についても鋭意進めており，斎藤，白井，野村，山崎の四者でオンラインで随時ミィーティングを行うなどし，まだ出版にはいたっていないもの複数の共同研究が進行中である．また，本学術変革の他班との連携についても共同研究が既に行われているほか，新しい共同研究も進行中である．未発表の内容が多いためその研究の詳細をここに記すことはできないが，来年度以降にさらに成果を報告できると期待できる．今までのところ予想外の全く新しい発展は生まれているとまではいえないが，おおむね順調に進展していると評価することができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度同様随時オンラインミーティングによるメンバーの議論と共同研究を加速する．その一方，次年度以降では対面での議論が可能になってくると期待されるので，対面での議論も取り入れ，インフォーマルな意見交換を行うことで研究を加速したい．より具体的には，まず国内の人的移動が可能になってくると期待されるので，例えば白井・山崎が山口大学の斎藤の元を訪問する，あるいは斎藤が東京大学を訪問するなどする．また，野村も令和３年度は東京大学への訪問を計画している．これらの機会を用いて新しい研究トピックのためのブレーンストーミングを行うほか，細かい技術的詳細についても議論したい．
また，令和３年度には博士研究員の雇用も計画している．既存のメンバーとは異なる専門的知識を持った新しいメンバーを加えることで，研究の幅をさらに広げ，メンバー間のシナジーを引き起こすことができると期待できる．
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Report
(1 results)
Research Products
(15 results)
