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トポロジカルソリトンで見る余剰次元とトポロジカル物質

研究課題

研究課題/領域番号 19K03839
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関山形大学

研究代表者

衛藤 稔  山形大学, 理学部, 教授 (50595361)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード対称性 / 対称性の自発的破れ / トポロジカルソリトン / ブレーンワールド / ボゾン的エッジモード / トポロジカル相 / エッジモード / 量子渦 / 統一理論 / 大統一理論 / 高密度QCD / 拡張標準模型 / トポロジー / トポロジカル ソリトン / 磁気単極子 / ボーズ・アインシュタイン凝縮 / ソリトン / トポロジカル エッジ状態 / 余剰次元 / トポロジカル物質
研究開始時の研究の概要

「物質や宇宙がどのように出来ているのか?」を追求すると空間次元が3より多い方が理論として筋が良いという場合が多々ある。高次元中で我々が住む特別な3次元空間がどのように生じ、また我々が余剰次元の方向を認知できないのは何故かを説明する必要があるが、その問いに自然な答えを与えるのがトポロジーであるということを本研究で明らかにしたい。また高次元と言っても雲を掴むような話なので、その存在を実際の物質の中で確かめる方法を提案することが本研究計画の目的である。3次元より大きな高次元と現実の物質を同じ視点から眺めるツールとしてトポロジカル・ソリトンが有効であることを示すことで自然法則のより深い理解につなげる。

研究成果の概要

余剰次元模型ではソリトン上に標準模型の全ての場を局在させる必要がある。フェルミオンの局在は広く知られているが、本研究ではヒッグス場やゲージ場などのボゾン場の0質量モードがソリトン上に局在することを明らかにした。またボゾンとフェルミオンの0モードの局在機構が類似していることを指摘し、ソリトン上にトポロジカルなエッジモードとしてボゾン・フェルミオンが現れることを明らかにした。更に5次元時空に限られていた先行研究を拡張し、一般次元について0質量ゲージ場の局在機構を明らかにした。また6次元の場合にnon-Abelian量子渦を用いてSU(5)GUTからダイナミカル標準模型ゲージ場を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

素粒子標準模型は理論的に決定出来ない多くのパラメータを含み、またゲージ階層性問題など未解決問題を含んでいるため、より自然な理論を求め研究が続けられている。本研究はその一つである余剰次元に関するものであり、特に位相的ソリトンを3ブレーンとみなし、不自然な仮定なしにブレーンワールドを構成することを目指した。最大の成果は長年未解決であった0質量ゲージボゾンのソリトンへの局在機構の解明に成功したことである。またこのボゾン的な局在モードと近年注目されてるトポロジカル物質のフェルミオンエッジモードの類似点を指摘し、物性系でのボゾン的トポロジカルモードの存在可能性を初めて指摘した。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 5件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 18件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Henan University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Institut des Hautes Etudes Scientifiques(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universidad Adolfo Ibanez(チリ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Henan University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Silesian University, Czech Republic/Prague, Technical University(チェコ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Phases of rotating baryonic matter: non-Abelian chiral soliton lattices, antiferro-isospin chains, and ferri/ferromagnetic magnetization2022

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Kentaro Nishimura, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 305 号: 8 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1007/jhep08(2022)305

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Abrikosov-Nielsen-Olesen strings from the Coleman-Weinberg potential2022

    • 著者名/発表者名
      Eto Minoru、Hamada Yu、Jinno Ryusuke、Nitta Muneto、Yamada Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 11 ページ: 432-462

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.116002

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum nucleation of topological solitons2022

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 77 号: 9 ページ: 1-25

    • DOI

      10.1007/jhep09(2022)077

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stable Z-strings with topological polarization in two Higgs doublet model2022

    • 著者名/発表者名
      Eto Minoru、Hamada Yu、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 号: 2 ページ: 099-099

    • DOI

      10.1007/jhep02(2022)099

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chiral non-Abelian vortices and their confinement in three flavor dense QCD2021

    • 著者名/発表者名
      Eto Minoru、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 号: 9 ページ: 094052-094052

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.094052

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Standard model gauge fields localized on non-Abelian vortices in six dimensions2021

    • 著者名/発表者名
      Arai Masato、Blaschke Filip、Eto Minoru、Kawaguchi Masaki、Sakai Norisuke
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 号: 12 ページ: 1-32

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab144

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The moduli space of non-abelian vortices in Yang?Mills?Chern?Simons?Higgs theory2021

    • 著者名/発表者名
      Gudnason Sven Bjarke、Eto Minoru
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 54 号: 42 ページ: 425402-425402

    • DOI

      10.1088/1751-8121/ac254b

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of global and local vortices with orientational moduli2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Adam Peterson, Fidel I. Schaposnik Massolo, Gianni Tallarita
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 3,156 号: 3 ページ: 1-49

    • DOI

      10.1007/jhep03(2021)156

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collision dynamics and reactions of fractional vortex molecules in coherently coupled Bose-Einstein condensates2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Kazuki Ikeno, and Muneto Nitta
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW RESEARCH

      巻: 2 号: 3 ページ: 033373-033373

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033373

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exact solutions of domain wall junctions in arbitrary dimensions2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Masaki Kawaguchi, Muneto Nitta, and Ryotaro Sasaki
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW D

      巻: 102 号: 6 ページ: 065006-065006

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.065006

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamics of Nambu monopole in two Higgs doublet models. Cosmological Monopole Collider2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Yu Hamada, Masafumi Kurachi, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 7,4 号: 7 ページ: 1-39

    • DOI

      10.1007/jhep07(2020)004

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exhausting all exact solutions of BPS domain wall networks in arbitrary dimensions2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Masaki Kawaguchi, Muneto Nitta, and Ryotaro Sasaki
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW D

      巻: 101 号: 10 ページ: 105020-105020

    • DOI

      10.1103/physrevd.101.105020

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topological structure of a Nambu monopole in two-Higgs-doublet models: Fiber bundle, Dirac’s quantization, and a dyon2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Yu Hamada, and Muneto Nitta
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW D

      巻: 102 号: 10 ページ: 105018-105018

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.105018

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 1/2-BPS vortex strings in N = 2 supersymmetric U(1)^N gauge theories2020

    • 著者名/発表者名
      Sven Bjarke Gudnason, Minoru Eto, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Physics

      巻: 62 号: 3 ページ: 032304-032304

    • DOI

      10.1063/5.0039068

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological Nambu monopole in two Higgs doublet models2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Yu Hamada, Masafumi Kurachi, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Phys.Lett. B

      巻: 802 ページ: 1352201-7

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135220

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Transition of Two-Component Bose Mixtures with Intercomponent Josephson Coupling2019

    • 著者名/発表者名
      Michikazu Kobayashi, Minoru Eto, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123, 075303 号: 7 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.075303

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Massless bosons on domain walls: Jackiw-Rebbi-like mechanism for bosonic fields2019

    • 著者名/発表者名
      Masato Arai, Filip Blaschke, Minoru Eto, Norisuke Sakai
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100, 095014 号: 9 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1103/physrevd.100.095014

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Localization of gauge bosons and the Higgs mechanism on topological solitons in higher dimensions2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto, Masaki Kawaguchi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 98 号: 10 ページ: 1-40

    • DOI

      10.1007/jhep10(2019)098

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Link soliton in model with B-L and Peccei-Quinn symmetries2023

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○濱田佑, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2023春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Hybrid solitons with monopoles, strings, and domain walls2023

    • 著者名/発表者名
      ○衛藤稔, 濱田佑, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2023春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 非可換カイラルソリトン格子中の南部・ゴールドストーンモード2023

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○西村健太郎, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2023春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強磁場中の有限密度バリオン物質におけるドメイン壁スキルミオン相2023

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, 西村健太郎, ○新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2023春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Coleman-Weinberg Abrikosov-Nielsen-Olesen strings2022

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○濱田佑, 神野隆介, 新田宗土, 山田雅俊
    • 学会等名
      日本物理学会 2022秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] SU(2) chiral soliton lattice from chiral vortical effect2021

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, 西村健太郎, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Radiolaria - Topological planktons?2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アーベリアンヒッグス模型におけるドメインウォールジャンクションの厳密解について2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○川口正記, 新田宗土, 佐々木亮太朗
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Exhausting all exact solutions of BPS domain wall networks in arbitrary dimensions2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, 川口正記, 新田宗土, 佐々木亮太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Dirac's quantization condition of Nambu monopole and electroweak dyon in two Higgs doublet models2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○濱田佑, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Non-Abelian chiral soliton lattice2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 非アーベリアンボーテックス上のブレーンワールド2020

    • 著者名/発表者名
      新井真人, Filip Blaschke, 衛藤稔, ○川口正記, 坂井典佑
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 電弱バリオン数生成とモノポール触媒効果2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔, ○濱田佑, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 多成分BEC系の量子渦分子の散乱と擬似QCDハドロンの散乱シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤稔
    • 学会等名
      KEK 素核宇・物性 連携研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] All exact solutions of BPS domain wall networks in CPN models2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      CPN model: recent developments and future directions
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ドメインウォール・ドメインウォール ジャンクションについて2020

    • 著者名/発表者名
      衛藤 稔
    • 学会等名
      トポロジカル表面状態、ソリトンとブレーン、指数定理
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Topological Z-strings and magnetic monopoles in two Higgs doublet models2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      Topological solitons, nonperturbative gauge dynamics and confinement 2
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gapless states on topological defects2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      Material Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic monopoles2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      山形大学 理工学研究セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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