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2022 年度 実績報告書

超弦理論から示唆される初期宇宙の進化

研究課題

研究課題/領域番号 21K13910
研究機関東北大学

研究代表者

山田 將樹  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20871106)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワードインフレーション / ダークマター / バリオン数の非対称性 / 重力波 / 相転移 / アクシオン / 超弦理論
研究実績の概要

本研究は応募当初に計画していたものに加えて、より重要な研究成果も得ることができた。期間全体として、超弦理論などに基づいたトップダウンアプローチによって宇宙や素粒子の諸問題を解決する機構やシナリオを提案し、その検証可能性について議論した。特にアクシオン、cosmic string、重力波、宇宙の相転移に関連する研究を行った。

最終年度の研究においては、pure Yang-Mills理論において閉じ込めの相転移が起こると、マクロなスケールで弦状の物体を形成することを指摘した。その弦が衝突したときには量子的な効果によってのみ組み替えのダイナミクスが生じることから、その効果を考慮した統計的なダイナミクスを記述するモデルを再解析し、弦のダイナミクスから生ずる重力波を求めた。これにより、将来的な重力波観測実験によって初期宇宙にどのような相転移が起きていたかを理解することができる。
バリオン反バリオン非対称性の起源の問題は宇宙論の謎として残されている。多くの場合、B-Lの非対称性を生成することでその後の電弱スファレロン過程を通してバリオン数を生み出すことが考えられている。しかし、レプトンフレーバーの非対称性が存在したとしても電弱スファレロン過程を通してバリオン数は作られる。このレプトンフレーバーの非対称性を作り出すための機構としてwash-in/spontaneous leptoflavorgenesisと呼ばれるシナリオを提案した。この機構では、加速器実験などで探査可能な荷電レプトンフレーバー対称性を破る相互作用が重要な役割を果たしており、素粒子現象論と宇宙のバリオン数の起源を結びつけている。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Tsung-Dao Lee Institute/Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tsung-Dao Lee Institute/Shanghai Jiao Tong University
  • [国際共同研究] CERN/EPFL(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      CERN/EPFL
  • [国際共同研究] Munster University(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Munster University
  • [雑誌論文] Cosmic F- and D-strings from pure Yang-Mills theory2023

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada and Kazuya Yonekura
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 838 ページ: 137724

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.137724

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation of hot spots around small primordial black holes2023

    • 著者名/発表者名
      Minxi He, Kazunori Kohri, Kyohei Mukaida, and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JCAP

      巻: 01 ページ: 027

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/01/027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wash-in leptogenesis after axion inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Valerie Domcke, Kohei Kamada, Kyohei Mukaida, Kai Schmitz and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JHEP

      巻: 53 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP01(2023)053

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Axion dark matter from first-order phase transition, and very high energy photons from GRB 221009A2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada, Wen Yin
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 839 ページ: 137824

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.137824

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Semiclassical analysis of axion-assisted and axion-driven pair production2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kitamoto and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JHEP

      巻: 103 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2022)103

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Baryon Asymmetry of the Universe from Lepton Flavor Violation2022

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Mukaida, Kai Schmitz, and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 129 ページ: 011803

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.129.011803

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Baryon asymmetric Universe from spontaneous CP violation2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Fujikura, Yuichiro Nakai, Ryosuke Sato and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JHEP

      巻: 105 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP04(2022)105

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gravitational production of dark photon dark matter with mass generated by the Higgs mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Takanori Sato, Fuminobu Takahashi, and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JCAP

      巻: 08 ページ: 022

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2022/08/022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cosmic strings from pure Yang-Mills theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada and Kazuya Yonekura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 106 ページ: 123515

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.123515

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cascades of high-energy SM particles in the primordial thermal plasma2022

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Mukaida and Masaki Yamada
    • 雑誌名

      JHEP

      巻: 116 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP10(2022)116

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Axion domain walls, and cosmic birefringence2023

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春期大会
  • [学会発表] Cascades of high-energy particles and non-thermal DM production in the pre-thermal phase2023

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada
    • 学会等名
      APCTP
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cascades of high-energy particles and non-thermal DM production in the pre-thermal phase2023

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada
    • 学会等名
      FY2022学術変革シンポジウム
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmic F- and D-strings from pure Yang-Mills theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada
    • 学会等名
      APPC
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmic strings and gravitational waves from pure Yang-Mills theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamada
    • 学会等名
      JGRG
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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