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アクシオン物理に基づく宇宙論

研究課題

研究課題/領域番号 22K03595
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

小林 洸  名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 客員研究員 (10867980)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードアクシオン / インフレーション / 暗黒物質 / 量子揺らぎ / スクイーズド状態 / 宇宙論
研究開始時の研究の概要

アクシオンは、多くの物理理論によってその存在が予言されているが、未だ発見されていない素粒子である。本研究では、宇宙の様々な現象や宇宙進化をアクシオンに基づいて統一的に理解する事を目標とする。研究遂行に当たっては、ミクロのスケールを記述する素粒子物理学と、マクロのスケールにおける天文・宇宙物理学を組み合わせる多角的な手法を用いて、新しい宇宙像の構築を行う。

研究実績の概要

本計画の目的は、未だ発見されていない素粒子であるアクシオンの研究を通して、宇宙の様々な現象や宇宙進化を統一的に理解する事である。そのためにはミクロのスケールを記述する素粒子物理学と、マクロのスケールにおける天文・宇宙物理学を組み合わせる多角的な手法を用いる事が重要である。本年度は、具体的には以下のような研究を行い、結果を論文として発表した。
(1)アクシオンを位相方向として持つ複素スカラー場である Peccei-Quinn 場によって、宇宙のインフレーションの起源・暗黒物質の正体・Strong CP 問題をまとめて解決する可能性の調査("Ultraviolet sensitivity of Peccei-Quinn inflation," Davide Dal Cin and Takeshi Kobayashi, Physical Review D 108, 063530)。
(2)アクシオン場の量子揺らぎの、インフレーション中に位相空間の特定方向において抑圧される(いわゆるスクイーズド状態になる)現象の解析("Anharmonic Effects on the Squeezing of Axion Perturbations," Valentina Danieli, Takeshi Kobayashi, Nicola Bartolo, Sabino Matarrese, and Matteo Viel, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics に受理済み)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

申請書に記載した研究課題の内、(1)アクシオンによる宇宙密度揺らぎ生成理論の検証、(2)アクシオン暗黒物質の質量と生成メカニズムに関する包括的研究、のそれぞれが現時点で部分的に完了した。したがって、おおむね順調に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

23年度中に発表した論文(Peccei-Quinn 場によるインフレーションに関する研究と、アクシオン場の量子揺ぎのスクイーズド状態に関する研究)の成果を、様々な研究会において広く発表していく。その後は、これらの研究課題を更に拡張する予定である。具体的には、Peccei-Quinn 場によるインフレーションが終わった後の場のダイナミクスに関する数値計算を用いた解析や、スクイーズド状態に関する解析手法を他の様々な物理システムへ応用する事を予定している。それらと並行して、アクシオン暗黒物質の様々な生成方法に関する包括的研究も進めていきたい。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 11件)

  • [国際共同研究] SISSA/INFN/University of Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] SISSA/INFN/University of Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Anharmonic effects on the squeezing of axion perturbations2024

    • 著者名/発表者名
      Danieli Valentina, Kobayashi Takeshi, Bartolo Nicola, Matarrese Sabino, Viel Matteo
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2024 号: 04 ページ: 058-058

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2024/04/058

    • 関連する報告書
      2023 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] Ultraviolet sensitivity of Peccei-Quinn inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin, Takeshi Kobayashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.063530

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Ultraviolet Sensitivity of Peccei-Quinn Inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      XXV SIGRAV Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultraviolet Sensitivity of Peccei-Quinn Inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      Summer School on Particle Physics ICTP
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultraviolet Sensitivity of Peccei-Quinn Inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      DarkCosmoGrav conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dark matter minihalos from primordial magnetic fields2023

    • 著者名/発表者名
      Pranjal Ralegankar
    • 学会等名
      TeVPA 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anharmonic Effects on the Squeezing of Axion Perturbations2023

    • 著者名/発表者名
      Valentina Danieli
    • 学会等名
      YITP long-term workshop: Gravity and Cosmology 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anharmonic Effects on the Squeezing of Axion Perturbations2023

    • 著者名/発表者名
      Valentina Danieli
    • 学会等名
      XXV SIGRAV Conference on General Relativity and Gravitation
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anharmonic Effects on the Squeezing of Axion Perturbations2023

    • 著者名/発表者名
      Valentina Danieli
    • 学会等名
      18th Patras Workshop on Axions, WIMPs and WISPs
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Planck-Scale Physics and the Peccei-Quinn inflation model2022

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      DarkCosmoGrav conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Planck-Scale Physics and the Peccei-Quinn inflation model2022

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      Kashiwa DM Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Planck-Scale Physics and the Peccei-Quinn inflation model2022

    • 著者名/発表者名
      Davide Dal Cin
    • 学会等名
      Korea-Japan Workshop on Dark Energy (9th Edition)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Squeezing Axions Perturbations2022

    • 著者名/発表者名
      Valentina Danieli
    • 学会等名
      Cargese Summer School
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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