格子QCDで探るアクシオン宇宙

• 研究課題/領域番号: 15H03669
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 北野 龍一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50543451)
• 研究分担者: 山田 憲和 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50399432)
• 研究協力者: Frison Julien ; 森 紳悟 ; 松古 栄夫
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 素粒子論

研究成果の概要

場の量子論において、素粒子は真空からの励起状態として記述されると同時に、その真空を決めるのも素粒子を構成する場の力学である。ゲージ理論はゲージ変換で移り変わるものを同じとみなして理論を定義するが、そのゲージ変換が時空に絡みつくトポロジカルな場の配位が真空の構成に重要な役割を果たす。本研究では、ゲージ理論のトポロジカルな性質の解明のために、格子ゲージ理論のシミュレーションを行い、宇宙が高温となったときの様子や、真空中でのクォークの役割などに関して新しい結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アクシオンは、我々の素粒子の作り出す真空を変化させる仮想粒子で、宇宙の暗黒物質の候補である。暗黒物質となるには、宇宙の歴史において、アクシオンの質量がどのように変化してきたかを知る必要があった。そこで、本研究では格子QCDのシミュレーションの新手法を開発し、これまで計算可能でなかった高温領域でのアクシオン質量計算に成功した。その他、トーラス上のゲージ理論やクォーク質量の定義に関して新しい結果が得られた。これにより、我々の「真空」の理解は大きく進んだと言える。また、我々の宇宙がどのように成り立っているのかという根本的問題にも重要な知見が得られた。

研究成果

• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [国際共同研究] Beijing, Inst. High Energy Phys.(中国)
• [国際共同研究] ペンシルベニア大学(米国)
• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)
• [国際共同研究] Weizmann Institute(イスラエル)
• [雑誌論文] Unitarity constraint on the K?hler curvature (2018)
  • 著者名/発表者名: Ema Yohei、Kitano Ryuichiro、Terada Takahiro
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2018 号: 9 ページ: 075-075
  • DOI: 10.1007/jhep09(2018)075
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Leptogenesis via neutrino oscillation magic (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamada Yuta、Kitano Ryuichiro、Yin Wen
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2018 号: 10 ページ: 178-178
  • DOI: 10.1007/jhep10(2018)178
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Instanton effects on CP-violating gluonic correlators (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori Shingo、Frison Julien、Kitano Ryuichiro、Matsufuru Hideo、Yamada Norikazu
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 175 ページ: 12009-12009
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817512009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topological susceptibility with a single light quark flavour (2018)
  • 著者名/発表者名: Julien Frison, Ryuichiro Kitano, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 175 ページ: 14017-14017
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817514017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-energy neutrinos from multibody decaying dark matter (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima Nagisa、Kitano Ryuichiro、Kohri Kazunori、Murase Kohta
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 2 ページ: 023006-023006
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.023006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] θ=π in SU(N)/Z(N) gauge theories (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano, Takao Suyama, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1709 号: 9 ページ: 137-137
  • DOI: 10.1007/jhep09(2017)137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simulation of SU(2) gauge theory with improved domain-wall fermions (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideo Matsufuru, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: PoS LATTICE2016 巻: - ページ: 385-385
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] More on Electroweak-Skyrmion (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano, Masafumi Kurachi
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electroweak-Skyrmion as Topological Dark Matter (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano, Masafumi Kurachi
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1607 号: 7 ページ: 037-037
  • DOI: 10.1007/jhep07(2016)037
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nf=1+2 mass dependence of the topological susceptibility (2016)
  • 著者名/発表者名: Julien Frison, Ryuichiro Kitano, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: PoS LATTICE2016 巻: - ページ: 323-323
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Primordial Lepton Oscillations and Baryogenesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Hamada, Ryuichiro Kitano
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1611 号: 11 ページ: 010-010
  • DOI: 10.1007/jhep11(2016)010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topological susceptibility at high temperature on the lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Frison, R. Kitano, H. Matsufuru, S. Mori, N. Yamada
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1609 号: 9 ページ: 021-021
  • DOI: 10.1007/jhep09(2016)021
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MSSM without free parameters (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano, Ryuji Motono, Minoru Nagai
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 11 ページ: 115016-115016
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.115016
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploring the nature of chiral phase transition in two-flavor QCD using extra heavy quarks (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinji Ejiri, Ryo Iwami, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 5 ページ: 054506-054506
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.054506
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced Higgs Mass in Compact Supersymmetry (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohsaku Tobioka, Ryuichiro Katano, Hitoshi Murayama
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1604 号: 4 ページ: 025-025
  • DOI: 10.1007/jhep04(2016)025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lepton flavor violating Z-boson couplings from nonstandard Higgs interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Toru Goto, Ryuichiro Kitano, Shingo Mori
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 92 号: 7 ページ: 075021-075021
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.075021
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topology in QCD and the axion abundance (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano, Norikazu Yamada
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 1510 号: 10 ページ: 136-136
  • DOI: 10.1007/jhep10(2015)136
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 我々の祖先はニュートリノ振動現象か(!?) (2019)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino Physics and the origin of the Universe (2018)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: International workshop on "Unification and Development of the Neutrino Science Frontier"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] θ physics and axion (2017)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: International workshop on "Axion Physics and dark matter cosmology"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] θ physics (2017)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Topological Science Symposium 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong CP problem on the lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Johns Hopkins Workshop Series on Current Problems in Particle Theory Summer 2017, “Beyond the Standard Model - Exploring the Frontier”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CPを破るグルーオン相関関数のインスタントン効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森紳悟
  • 学会等名: 日本物理学会2017秋季大会
• [学会発表] Determination of axion abundance using lattice QCD (2017)
  • 著者名/発表者名: 山田憲和
  • 学会等名: 基研研究会「熱場の量子論とその応用2017」
  • 招待講演
• [学会発表] Topological susceptibility with a single light quark flavour (2017)
  • 著者名/発表者名: Julien Frison
  • 学会等名: The 35th International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Instanton effects on CP-violating gluonic correlators (2017)
  • 著者名/発表者名: 森紳悟
  • 学会等名: The 35th International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] A new method to determine the topological susceptibility at high-temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: Julien Frison
  • 学会等名: The 14th International workshop on QCD in extreme conditions (XQCD 2016)
  • 発表場所: Plymouth (UK)
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] ヒッグス粒子 -標準模型を超えた物理の幕開け- (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: 第７１回日本物理学会年次大会シンポジウム
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Recent progress in Lattice QCD (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田 憲和
  • 学会等名: KEK-PH2016
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-02-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lattice QCD approach to axion physics (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田 憲和
  • 学会等名: IBS-PNU Joint Workshop on Particle Physics and Cosmology
  • 発表場所: Pusan (Korea)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological susceptibility at high temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田 憲和
  • 学会等名: Japanese-German Seminar 2016
  • 発表場所: 新潟大学（新潟県新潟市）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Constraining Axion with Lattice QCD (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田 憲和
  • 学会等名: 「離散的手法による場と時空のダイナミクス」研究会2016
  • 発表場所: 静岡労政会館（静岡県静岡市）
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Lepton Oscillation and Baryogenesis (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」研究会 2016
  • 発表場所: 山代温泉 ゆのくに天祥（石川県加賀市）
  • 国際学会
• [学会発表] 暗黒物質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開 キックオフ会合
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 招待講演
• [学会発表] Strong CP problem and axion on the lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Santa Fe 2016 Summer Workshop
  • 発表場所: Santa Fe (USA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong CP problem and axion on the lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: The 1st KEK-KIAS-NCTS Joint Work- shop on Particle Physics Phenomenology
  • 発表場所: Hsinchu (Taiwan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong CP problem and axion on the lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: The IBS-SNU joint workshop on particle physics
  • 発表場所: Seoul (Korea)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong CP Problem (2016)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: QCD Club
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Determination of topological charge following several definitions (2016)
  • 著者名/発表者名: Julien Frison
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2016)
  • 発表場所: Southampton (UK)
  • 国際学会
• [学会発表] Strong CP problem and axion on the lattice (2015)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Particle Cosmology and beyond 2015
  • 発表場所: 金沢アートホール（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Grand Picture (2015)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: International workshop on future potential of high intensity proton accelerator for particle and nuclear physics (HINT2015)
  • 発表場所: J-PARC 東海村（茨城県東海村）
  • 年月日: 2015-10-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lepton flavor violating Z-boson couplings from non-standard Higgs interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: 森紳悟
  • 学会等名: 第五回 New Physics Forum
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-09-29
• [学会発表] Many flavor approach for studying the phase structure of QCD on the lattice (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田 憲和
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] τレプトン崩壊を通したレプトンフレーバーを破るヒッグス結合の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森紳悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Discussion on Strong CP Problem (2015)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: GGI workshop on "Gearing up for LHC13"
  • 発表場所: フィレンツェ（イタリア）
  • 年月日: 2015-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] Strong CP problem and axion on the lattice (2015)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Joint KEK Theory Fermilab Theory Workshop
  • 発表場所: シカゴ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Topology in QCD and the axion abundance (2015)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: MIAPP Workshop on "Anticipating 14TeV: Insights into Matter from the LHC and Beyond"
  • 発表場所: ミュンヘン（ドイツ）
  • 年月日: 2015-07-17
  • 国際学会
• [備考] axionプロジェクト業績リスト
  • URL: http://research.kek.jp/people/kitano/axion/
• [備考] Axion プロジェクト 業績リスト
  • URL: http://research.kek.jp/people/kitano/axion/
• [備考] 格子QCDで探るアクシオン宇宙
  • URL: http://research.kek.jp/people/kitano/axion/
• [学会・シンポジウム開催] KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2018 winter) (2018)