宇宙のQCD相転移とビッグバンにおける元素合成の理論的研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540253
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 梶野 敏貴 東京都立大学, 理学部・物理教室, 助手 (20169444)
• 研究分担者: 土岐 博 東京都立大学, 理学部・物理教室, 助教授 (70163962) ; 久保 謙一 東京都立大学, 理学部・物理教室, 教授 (50013389)
• キーワード: 宇宙のQCD相転移 / 非一様宇宙 / ビッグバン元素合成 / クォ-ク・グル-オンプラズマ / 暗黒物質

研究概要

平成元年度は、標準ビッグバン・モデルの再検討と非一様ビッグバン・モデルの構築を試みた。一様性を仮定する標準モデルでは、バリオンの総質量密度平均が宇宙を閉じる臨界密度の4%にすぎず、インフレ-ション宇宙論から要請をバリオンだけでは満たされないことが増々はっきりとした。^7Liの元素合成量は古い星々によって異なり、一様標準モデルの検証には用いられない。A=9以上の重元素量は標準モデルではほとんど作られない。そこで、QCD相転移中におけるバリオン数密度の時間変化をアインシュタイン方程式と連立させて解き、相転移終了時に著しいバリオン密度の非一様性が作られるメカニズムを定量的に明らかにした。この結果に基づいて、非一様ビッグバンの大旦なモデル化を行ない、バリオン数密度の空間的なゆらぎを記述する為に3つの新しいパラメ-タを導入し、これらのパラメ-タの多変数関数として得られるビッグバン元素合成量と天体観測との詳細な比較を行なった。更に、ビッグバン元素合成が終了した後に、宇宙線や星による諸作用で始源的に作られた元素合成量が時間とともにどの様に変化するか計算し、現在の天体観測で測定されうるであろう種々の元素存在量のアノマリ-を理論的に予言した。また、3つのパラメ-タが、より基本的なQCD理論とどの様に関わっているのかを理論的に明らかにしつつある。
これらの諸成果は、もちろん、大規模な科学数値計算に基づいており、元年度の研究費で購入したパ-ソナルコンピュ-タと都立大学ホストコンピュ-タとを結合することによって科学計算の能率が飛躍的に増進した。また、科学的な諸成果は、科学論文として外国学術専門誌に発表し、元年度中だけでも4つの国際会議にて口頭発表する機会をも得た。国内においては2回の日本物理学会と10回以上にのぼる研究会合においても発表されている。

研究成果

• [文献書誌] T.Kajino,G.J.Matews and K.Ikeda: "Branching ratios for^3He(^4He,g)^7Be and ^3H(^4He,g)^7Li" Physical Review. C40. 525-530 (1989)
• [文献書誌] R.N.Boyd and T.Kajino: "Can ^9Be provide a test of cosmological theories?" Astrophysical Journal. 336. L55-L58 (1989)
• [文献書誌] T.Kajino,G.F.Bertsch and F.C.Barker: "Energy dependence of astrophysical S-factor for radiative charged particle reactions" Journal of Physical Society of Japan,Suppl.58. 639-645 (1989)
• [文献書誌] S.Kubono,H.Orihara,S.Kato and T.Kajino: "Experimental determination of the ^<19>Ne(P,g)^<20>Na reaction rate and breakout problem from hot CNO cycle" Astrophysical Journal. 344. 460-463 (1989)
• [文献書誌] M.Mizoguchi,K.Sumiyoshi,T.Kajino and H.Toki: "Pionic nucleus scattering in the GeV region" Progress of Theoretical Physics. 81. 1217-1227 (1989)
• [文献書誌] K.Sumiyoshi,K.Kusaka,T.Kamio and T.Kajino: "Baryon evaporation from cosmic quark-gluon plasma" Physics Letters. B225. 10-14 (1989)
• [文献書誌] T.Kajino: "Physics with High-Intensity Hadron Accelerators" World Scientific Publishing Company, (1990)