超弦理論から示唆される初期宇宙の進化

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K13910
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
• 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: ダークマター / 物質反物質非対称性 / 重力波 / インフレーション

研究成果の概要

初期の宇宙は高温高密度な状態になっており、現在知られている素粒子の標準模型が適用可能でない可能性がある。実際、標準模型を用いてもインフレーションやバリオン数の生成を行うことができず、それを超えた新しい物理が必要である。本研究では、超弦理論などから示唆されるような素粒子の有効理論を駆使して、初期宇宙においてインフレーションやバリオン数の生成がどのように実現されるかを研究し、現在の宇宙観測と無矛盾な宇宙論的シナリオが実現可能であるかを議論した。また、そのなかで将来の実験や観測に対する予言を行った。

自由記述の分野

素粒子論的宇宙論

研究成果の学術的意義や社会的意義

素粒子の標準模型の拡張として有力な、アクシオン、余剰次元、CP対称なモデル、pure Yang-Mills理論といったモデルに注目し、それらが宇宙におけるダークマターやバリオン数の生成機構とどういった関連があるのかを議論した。また、それらのモデルは、荷電レプトンフレーバー対称性の破れ、強いCP位相、重力波などの将来的な観測実験によって検証が可能であることを明らかにした。これにより、将来的な素粒子や宇宙の実験観測によって、高エネルギーの素粒子模型の情報や宇宙の成り立ちについての理解が深まることを示した。