格子QCDで探るアクシオン宇宙（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0176
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 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)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: 素粒子論

研究成果の概要

素粒子の相互作用はゲージ理論に従っている。その主役となるゲージ場は、ゲージ変換しても物理を変えない（つまり同じ）であるという原理に従い、これにより、多彩なトポロジー的性質を持つ。本研究では、強い相互作用におけるトポロジー的性質を調べ、宇宙の暗黒物質の候補であるアクシオンの性質について新しい知見を得た。特に、格子ゲージ理論のシミュレーションにより、アクシオン質量の初期宇宙での変化についての計算結果を発表した。また、ゲージ理論のトポロジー的性質を理論的に調べ、カラー閉じ込めとの関係や、３次元ゲージ理論の双対性との関連についての新しい研究結果を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙や素粒子の世界は謎だらけである。現在最大の謎の一つが、宇宙の暗黒物質の正体であろう。強い相互作用のトポロジーに関連した仮想粒子アクシオンはその候補であるが、その性質はあまりよく理解されてはいなかった。特に、初期宇宙の高温の環境においてどのような性質を持つか、特に質量の変化は現在の存在量を見積もる上で必要な情報となる。本研究では、質量の温度変化を格子シミュレーションにより計算し、新しい結果を発表した。また、一般にゲージ理論のトポロジー的性質に関するミステリーを理論的に考察し、興味深い結果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国) (2019)
  • 年月日: 2019-08-19
• [国際共同研究] SLAC国立加速器研究所・Stanford大学(米国) (2019)
  • 年月日: 2019-07-22
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンタクルツ校(米国) (2019)
• [国際共同研究] SLAC国立加速器研究所・Stanford大学(米国) (2018)
  • 年月日: 2018-07-30
• [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-03-06
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-02-27
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンタクルツ校(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-02-20
• [雑誌論文] Throwing away antimatter via neutrino oscillations during the reheating era (2020)
  • 著者名/発表者名: Eijima Shintaro、Kitano Ryuichiro、Yin Wen
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2020 号: 03 ページ: 048-048
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/03/048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] 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
• [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 LATTICE 巻: 2016 ページ: 323-323
  • オープンアクセス
• [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
• [学会発表] From 3d dualities to hadron physics (2019)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: International Joint Workshop on the Standard Model and beyond
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Leptogenesis via Neutrino Oscillation Magic (2019)
  • 著者名/発表者名: 北野龍一郎
  • 学会等名: Intensity Frontier in Particle Physics: Flavor, CP Violation and Dark Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ニュートリノで拓く素粒子と宇宙 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryuichiro Kitano
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会(2019年)
  • 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
• [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] 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 / 招待講演
• [備考] Axionプロジェクト
  • 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-PH2020) (2020)