| 研究課題/領域番号 |
22K20365
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0203:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
榊原 由貴 山形大学, 理工学研究科, 助教 (10804510)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 位相欠陥 / 大統一理論 / 宇宙ひも / ドメイン壁 / 大規模シミュレーション / 重力波 / 初期重力波 / ハイブリッド位相欠陥 / ニュートリノ質量 / 物質・反物質非対称性 / インフレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
未発見粒子である重い右巻きニュートリノは、ニュートリノ質量の小ささや物質・反物質の非対称性といった宇宙の謎を説明する有力候補である。しかし、加速器などによる実験ではエネルギー不足のため、重い右巻きニュートリノを探査することは困難である。宇宙は過去に超高エネルギーを経験しているため、実験では探査できない重い右巻きニュートリノを宇宙観測から探査できるはずである。本研究では、右巻きニュートリノを包含する多く理論で複合的な位相欠陥が生ずることに注目し、複合位相欠陥が発生させる重力波を解明することで、重い右巻きニュートリノを探査する。将来の重力波観測との比較により、重い右巻きニュートリノの発見を目指す。
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| 研究成果の概要 |
右巻きニュートリノが質量獲得する場の相転移に伴い初期宇宙に形成される複合位相欠陥から放出される重力波を求めるため、宇宙論的シミュレーションコードTopological Defect Simulator (TDS)を開発した。TDSではMPI・OpenMPを用いた並列化を行い、理研スパコン富岳・名大スパコン不老を用いて大規模数値計算を実行した。更に、重力波スペクトルサブルーチンを実装した。解析的な重力波スペクトル予言のために置いた仮定を、TDSによる大規模数値シミュレーションにより検証したところ、複数の仮定に対する反例が見つかり、重力波スペクトルが大幅に修正を受けることが明らかになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
解析的な重力波スペクトルの予言では、NANOGrav等の低振動数重力波シグナルと整合する右巻きニュートリノの質量獲得のエネルギースケールが10^{16}GeV程度であった。しかし本研究により、きしめん構造を考慮した重力波スペクトルでは、そのエネルギースケールがニュートリノ質量をシーソー機構で説明するのに適した10^{15}GeV以下に抑えられることが強く示唆された。このような成果から本研究は、初期宇宙複合位相欠陥由来の重力波スペクトルの解明に、場の方程式に基づく大規模数値シミュレーションの有用性・必要性を示すものである。
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