| 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, 大学院理工学研究科, 助教 (10804510)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022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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| 研究実績の概要 |
宇宙ひもを境界に持つドメイン壁のようなハイブリッド位相欠陥は、Dパリティなどの離散対称性を経由する大統一理論に普遍的に現れる。しかし、このような多段階の自発的対称に基づくハイブリッド位相欠陥の形成や形態、現在の観測との整合性について、これまで詳しく知られていなかった。我々は、そのようなハイブリッド位相欠陥をシミュレーションにより再現し、位相欠陥のエネルギー密度や重力波などの情報を取り出し、離散対称性を経由する標準模型を超える理論の検証を目指している。
本年度、我々は宇宙ひもを境界に持つドメイン壁を再現するための最もシンプルなモデルとして、異なるグローバルU(1)電荷を持つ２つのスカラー場が相互作用する系に着目した。我々は初めてこのモデルのシミュレーションコードを作成し、数値シミュレーションを実施した。計算スキームは、アクシオンモデルに基づくシミュレーションの先行研究を参考にし、空間方向を２次精度中心差分、時間方向を２次精度リープフロッグスキームとした。支配方程式は、1つのグローバルU(1)対称性を持つ２スカラー場間の繰り込み可能な相互作用を含むクラインゴルドン方程式である。この方程式を、膨張する宇宙と共に拡大する共動座標系上で計算した。
初期分布は、波数空間上でガウス分布となるランダムな初期場とした。本研究では、２つのスカラー場の凝縮温度に階層性をもたせ、先に大きな電荷を持つ場が凝縮するようにした。まず大きな電荷を持つスカラー場が凝縮することにより、宇宙ひもが形成される。続いて、小さな電荷を持つスカラー場の凝縮が起こり、先に形成された宇宙ひもを境界としてドメイン壁が形成される。我々は、このハイブリッド位相欠陥の形態が、スカラー場間の相互作用の強さに依存して大きく変わることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
宇宙論的シミュレーションを行うコードを作成し、名古屋大学の大型計算機「不老」を活用して、ハイブリッド位相欠陥の形成と時間発展を追うことが一通りできた。今後、ゲージ場を導入した際のコードも試作版を作成し、計算機上で動くことを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、１）３次元化、２）ゲージ場の導入、３）MPI並列化を行い、ハイブリッド位相欠陥のエネルギー密度の時間発展と宇宙の時間発展との整合性の解明を目指す。更に、ハイブリッド位相欠陥から放出される重力波の現在のスペクトルの予言を目指す。
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