宇宙における物質反物質非対称性の起源の問題および暗黒物質に関する研究

• 研究課題/領域番号: 13J08715
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山田 將樹 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 物質反物質非対称性の起原の問題 / インフレーション / 暗黒物質 / 再加熱 / 物質反物質非対称性の起源 / 物質反物質非対称性 / 宇宙の再加熱

研究実績の概要

宇宙背景放射の温度ゆらぎの観測によってインフレーション理論の正当性はほぼ確立したが、インフレーションからビッグバン元素合成の時代までの宇宙はどのような歴史をたどったのかという疑問は初期宇宙論の一つの大きな問題として残されている。
インフレーションはインフラトンと呼ばれるスカラー場のポテンシャルエネルギーによって引き起こされると考えられている。インフレーションからビッグバン宇宙に接続するためにはインフラトンが輻射に崩壊する必要があるが、この輻射が熱化するプロセスを詳細に研究した。これにより、完全に熱化するまでの時間がこれまで考えられてきたものよりも非常に長いことを発見し、結果として宇宙の最高温度はこれまでは高く見積もられすぎていたことを指摘した。これは宇宙における粒子の熱的生成や相転移の可能性を議論する上で重要な結論である。
インフレーションの急激な加速膨張によってあらゆる数密度が薄められるため、インフレーション中のバリオン数は０となっている。そのため現実の宇宙を説明するためにはインフレーション後にバリオン数を作る必要があり、アフレック・ダイン機構はそのバリオン数を作る機構の一つとして知られている。本研究ではそのアフレック・ダイン機構によってインフレーション理論の予言に影響があることを指摘し、そのずれを定量的に与えた。これにより、近年の宇宙観測とはあまり整合性のないインフレーションモデルであっても、アフレック・ダイン機構の影響を考慮すると矛盾なく説明できる可能性があることが示された。また、アフレック・ダイン機構がインフレーション直後に働くという新しい可能性を指摘し、それがより一般の場合に働くことを示した。これにより、アフレック・ダイン機構においてバリオン数が生成されすぎてしまうという問題も解決することができた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Thermalization Process after Inflation and Effective Potential of Scalar Field (2016)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Mukaida, Masaki Yamada
  • 雑誌名: JCAP 1602 (2016) no.02, 003 巻: 2 号: 02 ページ: 003-003
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2016/02/003
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Can thermal inflation be consistent with baryogenesis in gauge-mediated SUSY breaking models? (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hayakawa, M. Kawasaki and M. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 6 ページ: 063529-063529
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.063529
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cosmologically safe QCD axion without fine-tuning (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada, Tsutomu T. Yanagida, Kazuya Yonekura.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 116 号: 5 ページ: 051801-051801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.051801
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spontaneous Baryogenesis from Asymmetric Inflaton (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Takahashi and M. Yamada
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 756 ページ: 216-216
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.03.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Affleck-Dine leptogenesis and its backreaction to inflaton dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 雑誌名: Physics letter B 巻: 754 ページ: 208-208
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2015.12.080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppressing the QCD Axion Abundance by Hidden Monopoles (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki, F. Takahashi and M. Yamada
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 753 ページ: 677-681
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2015.12.075
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Affleck-Dine baryogenesis just after inflation (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-scale SUSY from an R-invariant New Inflation in the Landscape (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki, M. Yamada, T. T. Yanagida and N. Yokozaki
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 5 ページ: 055022-055022
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.055022
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observable dark radiation from a cosmologically safe QCD axion (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki, M. Yamada and T. T. Yanagida
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 91 号: 12 ページ: 125018-125018
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.125018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational wave signals from short-lived topological defects in the MSSM (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayuki Kamada and Masaki Yamada
  • 雑誌名: JCAP 巻: 1510 号: 10 ページ: 021-021
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2015/10/021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charged Q-balls in gauge mediated SUSY breaking models (2015)
  • 著者名/発表者名: Jeong-Pyong Hong, Masahiro Kawasaki, and Masaki Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 92 号: 6 ページ: 063521-063521
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.063521
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cosmologically safe QCD axion as a present from extra dimension (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki, M. Yamada and T. T. Yanagida
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 750 ページ: 12-16
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2015.08.043
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strongly broken Peccei-Quinn symmetry in the early Universe (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Takahashi and M. Yamada,
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 1510 号: 10 ページ: 010-010
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2015/10/010
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A solution to the baryon-DM coincidence problem in the CMSSM with a 126-GeV Higgs boson (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Kamada, M. Kawasaki and M. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 91 号: 8 ページ: 081301-081301
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.081301
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational waves as a probe of SUSY scale (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Kamada and M. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 91 号: 6 ページ: 063529-063529
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.063529
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Affleck-Dine baryogenesis after D-term inflation and solutions to the baryon-DM coincidence problem (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki and M. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 91 号: 8 ページ: 083512-083512
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.083512
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Affleck-Dine Baryogenesis and Dark Matter Production after High-scale Inflation (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Harigaya, Ayuki Kamada, Masahiro Kawasaki, Kyohei Mukaida and Masaki Yamada
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 90 号: 4 ページ: 043510-043510
  • DOI: 10.1103/physrevd.90.043510
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Decay rates of Gaussian-type I-balls and Bose-enhancement effects in 3+1 dimensions (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki and M. Yamada
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 02 号: 02 ページ: 001-001
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2014/02/001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dark Matter Production in Late Time Reheating (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Harigaya, M. Kawasaki, K. Mukaida, and M. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revisiting the gravitino dark matter and baryon asymmetry from Q-ball decay in gauge mediation (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kasuya, M. Kawasaki, and M. Yamada
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 726 号: 1-3 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2013.08.008
  • 査読あり
• [学会発表] Spontaneous baryogenesis from asymmetric inflaton (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 (宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Visible and dark matter genesis through the Affleck-Dine mechanism (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: 宇宙線研究所修士博士発表会
  • 発表場所: 宇宙線研究所 (千葉県柏市)
  • 年月日: 2016-02-19
• [学会発表] Spontaneous Baryogenesis via Four-Fermi Operator (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: KEK-ph 2015
  • 発表場所: KEK (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-02-09
  • 国際学会
• [学会発表] Affleck-Dine baryogenesis after D-term inflation and a solution to the baryon-DM coincidence problem (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: DESY theory workshop
  • 発表場所: Hamburg (Germany)
  • 年月日: 2015-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] 重力波で超対称性のスケールを探る (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Dark matter production in late time reheating (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: 10th Conference in the Symposium on Cosmology and Particle Astrophysics Series (CosPA 2014)
  • 発表場所: University of Auckland, Auckland (New Zealand)
  • 年月日: 2014-12-09 – 2014-12-12
• [学会発表] Dark matter production in late time reheating (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 第二回 松江現象論研究会
  • 発表場所: 島根大学 (島根県松江市)
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Gravitational waves as a probe of supersymmetric scale (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: The 24th Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG24)
  • 発表場所: Kavli IPMU, the University of Tokyo (Japan, Chibaken, Kashiwashi)
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-14
• [学会発表] Dark matter production in late time reheating (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-ph 2014)
  • 発表場所: KEK, Japan (Chibaken, Tsukubashi)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-24
• [学会発表] 低い再加熱温度における暗黒物質生成について (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2014秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学 (佐賀県佐賀市)
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [学会発表] Gravitational waves as a probe of supersymmetric scale (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: RESCEU APCosPA Summer School on Cosmology and Particle Astrophysics (RESCEU summer school)
  • 発表場所: Jimotoya, (Japan, Naganoken, Matsumotoshi)
  • 年月日: 2014-08-01 – 2014-08-04
• [学会発表] 重力波で超対称性のスケールを探る (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 基研研究会 素粒子物理学の進展2014 (PPP2014)
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所 (京都府京都市)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] A solution to the baryon-DM coincidence problem in the mSUGRA/CMSSM model with a 126 GeV Higgs boson (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Supersymmetry and Unification of Fundamental Interactions (SUSY2014)
  • 発表場所: University of Manchester, Manchester (England)
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-26
• [学会発表] Dark Matter Production in Late Time Reheating (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 宇宙線研究所修士博士発表会
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研究所(千葉県柏市)
  • 年月日: 2014-02-21
• [学会発表] Q-ball崩壊からのバリオンとダークマターの共生成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 基研研究会素粒子物理学の進展2013
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所(京都市左京区)
• [学会発表] Opening the window to the co-genesis with Affleck-Dine mechanism in gravity mediation (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: COSMO 2013
  • 発表場所: the Centre for Theoretical Cosmology, Cambridge, UK
• [学会発表] Q-ballのグラビティーノとクォークへの崩壊率と初期宇宙に対する応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田將樹
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス(高知県高知市)
• [学会発表] Co-genesis of baryon and dark matter from Q-ball decay in anomaly mediation (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yamada
  • 学会等名: 2013 PASCOS
  • 発表場所: the GIS Center, Taipei, Taiwan