宇宙観測によるニュートリノの絶対質量の決定

• 研究領域: ニュートリノフロンティアの融合と進化
• 研究課題/領域番号: 16H00877
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 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: 郡 和範 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, 准教授 (50565819)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 宇宙論 / 宇宙物理学 / ニュートリノ / 21cm線 / 宇宙線 / IceCube / 再電離 / 原始ブラックホール

研究実績の概要

将来に計画されている宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測と宇宙論的な21cm線の観測は、ニュートリノの質量の絶対値にたいへん感度がある。このことは、主に既存のニュートリノ振動実験が質量の２条差に感度があることと比較すると、相補的である。CMBの偏光観測、21cm線観測に加えて、バリオン音響振動(BAO)の観測を組み合わせることが、我々のアイディアである。21cm線とは中性水素の電子のスピンがフリップするときに放射される輝線である。SKAにより、赤方偏移10あたりに起こる再イオン化の時期に放出される宇宙論的な21cmの輝線を精度よく観測すれば、ニュートリノ質量約O(0.01)eVを持つニュートリノが非相対論化し、宇宙膨張を変更する兆候をとらえることができる。また、Simons ArrayによるCMBの偏光観測も上記の範囲のニュートリノ質量に感度がある。さらにパラメーター決定の上での不定性を除くため、ダークマターとダークエネルギー量に感度のあるBAOの将来観測として、DESI実験のデータを加える。我々が発表した文献 (Y. Oyama, K. Kohri and M. Hazumi JCAP 1602 (2016)no.02, 008)により、次の３つの結論が得られた。1)ニュートリノ質量の階層性を決定できる。2)ニュートリの質量の絶対値を0.04 eVの精度で検出できる。3) ニュートリノ有効世代数を0.1世代の精度で検証できる。実際、これらの実験の本観測が始まる前に、準備として、それらの観測機器の仕様についての理論サイドからの提言を続けて行く予定である。現実的にSimons Arrayについての理論提言については、KEKのCMB実験グループとの連携により、共同研究が続けられている (Oyama et al, 2018 in preparation)。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] LAPTh(France)
• [国際共同研究] University of Oxford/Queen Mary University of London(United Kingdom)
• [国際共同研究] Johns Hopkins University/Pensilvania State University(米国)
• [国際共同研究] Institute for Basic Science(韓国)
• [国際共同研究] LAPTh, Universite de Savoie(フランス)
• [国際共同研究] IBS/KIAS(韓国)
• [国際共同研究] 國立台湾大学(台湾)
• [国際共同研究] CTP, Jamia Millia Islamia(インド)
• [国際共同研究] Queen Mary University(英国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Constraints on small-scale primordial power by annihilation signals from extragalactic dark matter minihalos (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nakama, Teruaki Suyama, Kazunori Kohri, and Nagisa Hiroshima
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.023539
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Revisiting big-bang nucleosynthesis constraints on long-lived decaying particles (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Masahiro、Kohri Kazunori、Moroi Takeo、Takaesu Yoshitaro
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 2 ページ: 023502-023502
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.023502
  • 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] CMB bounds on disk-accreting massive primordial black holes (2017)
  • 著者名/発表者名: Vivian Poulin, Pasquale D. Serpico, Francesca Calore, Sebastien Clesse, and Kazunori Kohri
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 8 ページ: 083524-083524
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.083524
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spins of primordial black holes formed in the matter-dominated phase of the Universe (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada, Chul-Moon Yoo, Kazunori Kohri, Ken-ichi Nakao
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 8 ページ: 083517-083517
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.083517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Can decaying particle explain cosmic infrared background excess? (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohri Kazunori、Moroi Takeo、Nakayama Kazunori
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 772 ページ: 628-633
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.07.026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multi-field effects in a simple extension of R2 inflation (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori Taro、Kohri Kazunori、White Jonathan
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2017 号: 10 ページ: 044-044
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/10/044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Axion-like particles and recent observations of the cosmic infrared background radiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Kohri and Hideo Kodama
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 5 ページ: 051701-051701
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.051701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constraints on long-lived electrically charged massive particles from anomalous strong lens systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamada Ayuki、Inoue Kaiki Taro、Kohri Kazunori、Takahashi Tomo
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2017 号: 11 ページ: 008-008
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/11/008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological constant problem and renormalized vacuum energy density in curved background (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohri Kazunori、Matsui Hiroki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2017 号: 06 ページ: 006-006
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/06/006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elucidating Dark Energy with Future 21 cm Observations at the Epoch of Reionization (2017)
  • 著者名/発表者名: K.~Kohri, Y.~Oyama, T.~Sekiguchi and T.~Takahashi,
  • 雑誌名: JCAP 巻: 02 号: 02 ページ: 24-24
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/02/024
  • 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] Effects of electrically charged dark matter on cosmic microwave background anisotropies (2017)
  • 著者名/発表者名: A.~Kamada, K.~Kohri, T.~Takahashi and N.~Yoshida
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 95 号: 2 ページ: 023502-023502
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.023502
  • 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] Primordial black hole formation in the matter-dominated phase of the Universe (2016)
  • 著者名/発表者名: T.~Harada, C.~M.~Yoo, K.~Kohri, K.~i.~Nakao and S.~Jhingan
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 833 号: 1 ページ: 61-61
  • DOI: 10.3847/1538-4357/833/1/61
  • 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] LiteBIRD: Mission Overview and Focal Plane Layout (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumura , Y. Akiba, K. Arnold, J. Borrill, R. Chendra, Y. Chinone, A. Cukierman, T. de Haan, M. Dobbs, A. Dominjon, T. Elleflot, J. Errard, T. Fujino, H. Fuke, N. Goeckner-wald, N. Halverson, P. Harvey, M. Hasegawa, et al.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 185 号: 3-4 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1542-8
  • 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] Constraints on primordial black holes from the Galactic gamma-ray background (2016)
  • 著者名/発表者名: B.J. Carr, Kazunori Kohri, Yuuiti Sendouda, Jun'ichi Yokoyama
  • 雑誌名: Phys.Rev. D 巻: 94 号: 4 ページ: 044029-044029
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.044029
  • 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] Cosmology with the Square Kilometre Array by SKA-Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Yamauchi, K. Ichik, K. Kohri et al.
  • 雑誌名: Publ.Astron.Soc.Jap 巻: 68
  • DOI: 10.1093/pasj/psw098
  • 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] Higgs vacuum metastability in primordial inflation, preheating, and reheating (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Kohri, Hiroki Matsui
  • 雑誌名: Phys.Rev. D 巻: 94 号: 10 ページ: 103509-103509
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.103509
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamical fine-tuning of initial conditions for small field inflation (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Iso, Kazunori Kohri, Kengo Shimada
  • 雑誌名: Physical Review D93 巻: no.8 号: 8 ページ: 084009-084009
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.084009
  • 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] Can we explain AMS-02 antiproton and positron excesses simultaneously by nearby supernovae without pulsars nor dark matter? (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kohri, K. Ioka, Y. Fujita, & R. Yamazaki
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2016 号: 2 ページ: 021E01-021E01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv193
  • 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] What we can learn from the spectral index of the tensor mode (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kohri, C.M. Lin and T. Matsuda
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 755 ページ: 70-75
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.01.053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2018)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Seminar in Queen Mary University of London, London (United Kingdom)
  • 招待講演
• [学会発表] Constraints on decaying/annihilating long-lived particles from big-bang nucleosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Cosmology Seminar in LPTHE, University Paris 6, Paris (France)
  • 招待講演
• [学会発表] 重力波天文学」宇宙初期の重力波 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 朝日カルチャーセンター湘南 (神奈川県・藤沢市)
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙のはじまりはいつ？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 全国同時七夕講演会つくば (茨城県・つくば市)
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Cosmology Seminar, Jyvaskyla (Finland)
  • 招待講演
• [学会発表] Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Decaying Particles (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Cosmology Seminar, Jyvaskyla (Finland)
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Mathematical Science Seminar, Sussex (United Kingdom)
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Dalitz Seminar in Fundamental Physics, Oxford (United Kingdom)
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: Particle Physics Seminar, Liverpool (United Kingdom)
  • 招待講演
• [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: HEPHY Cosmology Seminar, Vienna (Austria)
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙線観測と素粒子物理学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 日本物理学会シンポジウム「宇宙線直接観測の成果と展望」
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
  • 招待講演
• [学会発表] DM間接検出の理論のレビュー (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: CRC タウンミーティング
  • 発表場所: 東大柏の葉キャンパス (千葉県・柏市)
  • 招待講演
• [学会発表] 素粒子論的宇宙論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 大阪市大理学部物理学科集中講義
  • 発表場所: 大阪市大理学部物理学科 (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2016-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙の誕生とインフレーション第1回ビッグバン宇宙モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 朝日カルチャーセンター湘南
  • 発表場所: ルミネ藤沢 (神奈川県・藤沢市)
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs vacuum metastability in inflation, preheating, and reheating (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 立教大宇宙物理学セミナー
  • 発表場所: 立教大 (東京都・豊島区)
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs vacuum metastability in inflation, preheating, and reheating (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: The First KEKKIAS-NCTS Joint Workshop on Particle Physics Phenomenology
  • 発表場所: Hsinchu (Taiwan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宇宙の誕生とインフレーション第2 回インフレーション宇宙の最前線 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 朝日カルチャーセンター湘南
  • 発表場所: ルミネ藤沢 (神奈川県・藤沢市)
  • 招待講演
• [学会発表] 「宇宙のはじまりに迫る」第4 回ビッグバン宇宙とインフレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 朝日カルチャーセンター横浜
  • 発表場所: ルミネ横浜 (神奈川県・横浜市)
  • 招待講演
• [学会発表] 「夜空のムコウー重力波ってなに？ー」お話その1「宇宙からやってくる重力波」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 全国同時七夕講演会つくば
  • 発表場所: つくばエキスポセンター (茨城県・つくば市)
  • 招待講演
• [学会発表] Cosmology with charged massive particles (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: The KEK-Fermilab joint semiar
  • 発表場所: Batavia ( USA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「ビッグバン元素合成」元素はどのように生まれてきたのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 朝日カルチャーセンター湘南
  • 発表場所: ルミネ湘南 (神奈川県・藤沢市)
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs vacuum metastability in primordial inflation, preheating, and reheating (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 大阪市大理学部物理学科談話会
  • 発表場所: 大阪市大理学部物理学科 (大阪府・大阪市)
  • 招待講演
• [学会発表] 将来の21cm線観測と新しい物理学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2016
  • 発表場所: 金沢大学 (石川県・金沢市)
  • 招待講演
• [学会発表] Dark matter in cosmology (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: DBD16 workshop
  • 発表場所: 大阪吹田キャンパス (大阪府・吹田市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent IR background observations and axion-photon conversions (2016)
  • 著者名/発表者名: 郡 和範
  • 学会等名: YITP UTQuest5 workshop
  • 発表場所: 京大基礎物理学研究所 (京都府・京都市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] International Workshop KEK-Cosmo 2017
  • URL: http://research.kek.jp/people/kohri/KEKCosmo2017.pdf
• [学会・シンポジウム開催] KEK-Cosmo 2018 (2018)
• [学会・シンポジウム開催] KEK-Cosmo 2017 (2017)
  • 発表場所: KEKつくばキャンパス (茨城県・つくば市)
  • 年月日: 2017-02-20
• [学会・シンポジウム開催] KEK-Cosmo 2017 (2017)