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2019 年度 実績報告書

初期宇宙のニュートリノ振動の宇宙論的研究

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 19H05114
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) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードニュートリノ / ニュートリノ振動 / インフレーション / 再加熱 / ビッグバン元素合成 / 宇宙マイクロ波背景放射 / ニュートリノ質量 / ステライルニュートリノ
研究実績の概要

Takuya Hasegawa, Nagisa Hiroshima, Kazunori Kohri, Rasmus,S. L. Hansen, Thomas Tram, Steen Hannestad, JCAP 12 (2019) 012 において、インフレーション後の宇宙の最高温度(インフレーション後のインフラトン場の崩壊による再加熱温度T_RHと呼ばれる)が数MeVであるシナリオの場合、3種類のニュートリノが熱化せず、ビッグバン元素合成に抵触することを詳しく調べた。世界で初めて、ニュートリノ同士の自己相互作用の過程を正しく取り入れた計算である。 インフラトン場が100%電磁的な粒子に壊れる場合、再加熱温度について、T_RH > 1.8 MeV、寿命tauについてtau < 0.10 secという上限が得られた。一方、ハドロン的に壊れる場合は、T_RH > 5 MeV、寿命tauについてtau < 0.02 secという上限が得られた。また、Jeff A. Dror,Takashi Hiramatsu, Kazunori Kohri, Hitoshi Murayama, Graham White,Phys. Rev. Lett. 124, 041804 (2020)において、重力波を用いた大統一模型の検証方法を提案した。具体的には次のようである。ニュートリノ質量を生成するシーソー機構の元となる、重い右巻きニュートリノを含むようなSO(10)のような大統一模型(GUT)を考えた場合、その対称性が壊れる相転移時に生成されるコスミックストリングが生成される。そのコスミックストリングが作る特徴的な重力波のスペクトルを将来実験で検出することにより、このGUT模型を他の模型から区別できる可能性を明確に示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

私の学生で共同研究者の長谷川拓哉さんが、デンマークとドイツに数ヶ月滞在しました。そこでヨーロッパ側の共同研究者と研究をすすめたことが、早期に論文を出すことができたキーとなりました。また、KEKの豊富な計算機資源をフルに活用した点が、計算を早めたポイントとなります。

今後の研究の推進方策

最終年度は、ニュートリノ振動により、ステライルニュートリノが初期宇宙につくられる量の再検討を行う。具体的には、初年度に作る予定のコードに、ステライルニュートリノへの振動の効果を加えることを計画している。先行研究では、再加熱温度が10MeVよりずっと大きいという極限での解析に相当する計算がなされている(S.Hannestad, I.Tamborra,T.Tram,arXiv:1204.5861)。これを、低い再加熱温度の場合でも議論できるコードを開発することに相当する。また、3.5keVライン放射というX線で観測される崩壊するダークマターシナリオなどから示唆されている領域も探っていく。研究計画どおりに進まない場合は、世界的なニュートリノ宇宙物理学の研究者であり親交のあるデンマークのAarhus大のSteen Hannestad教授のグループに応援を頼む予定である。

  • 研究成果

    (53件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 11件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 17件、 招待講演 27件) 図書 (2件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] LAPTh/Montpellier U/IAP(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      LAPTh/Montpellier U/IAP
  • [国際共同研究] Oxford U/Queen Mary U of London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Oxford U/Queen Mary U of London
  • [国際共同研究] Aarhus U/Niels Bohr Institute(デンマーク)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      Aarhus U/Niels Bohr Institute
  • [雑誌論文] Testing the Seesaw Mechanism and Leptogenesis with Gravitational Waves2020

    • 著者名/発表者名
      Dror Jeff A.、Hiramatsu Takashi、Kohri Kazunori、Murayama Hitoshi、White Graham
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 41804

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.041804

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Clustering of primordial black holes formed in a matter-dominated epoch2019

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Takahiko、Terada Takahiro、Kohri Kazunori、Yokoyama Shuichiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: 123544

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.123544

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] MeV-scale reheating temperature and thermalization of oscillating neutrinos by radiative and hadronic decays of massive particles2019

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Takuya、Hiroshima Nagisa、Kohri Kazunori、Hansen Rasmus S.L.、Tram Thomas、Hannestad Steen
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2019 ページ: 012~012

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2019/12/012

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dependence of accessible dark matter annihilation cross sections on the density profiles of dwarf spheroidal galaxies with the Cherenkov Telescope Array2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima Nagisa、Hayashida Masaaki、Kohri Kazunori
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 ページ: 123017

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.99.123017

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years of Operation2019

    • 著者名/発表者名
      Asaoka Y、et al
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 208 ページ: 13001~13001

    • DOI

      10.1051/epjconf/201920813001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultracompact minihalos associated with stellar-mass primordial black holes2019

    • 著者名/発表者名
      Nakama Tomohiro、Kohri Kazunori、Silk Joseph
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 ページ: 123530

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.99.123530

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50?GeV to 10?TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2019

    • 著者名/発表者名
      Adriani O.、et al
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 ページ: 181102

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.122.181102

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancement of gravitational waves induced by scalar perturbations due to a sudden transition from an early matter era to the radiation era2019

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kohri Kazunori、Nakama Tomohiro、Terada Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: 43532

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.043532

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gravitational waves induced by scalar perturbations during a gradual transition from an early matter era to the radiation era2019

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kohri Kazunori、Nakama Tomohiro、Terada Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2019 ページ: 071~071

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2019/10/071

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Prospective constraints on the primordial black hole abundance from the stochastic gravitational-wave backgrounds produced by coalescing events and curvature perturbations2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Sai、Terada Takahiro、Kohri Kazunori
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 ページ: 103531

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.99.103531

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years On Orbit2019

    • 著者名/発表者名
      Asaoka Y、et al
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1181 ページ: 012003~012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1181/1/012003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Clustering of Primordial Black Holes produced in the early Matter Dominated Universe2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      The area workshop ``Gravitational wave physics and astronomy: Genesis''
  • [学会発表] Positron and antiproton excess in nonstandard astrophysics/cosmology2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      CALET TIM meeting
    • 招待講演
  • [学会発表] Formations and evolutions of PBHs in the matter-dominated Universe2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      Motpeller Cosmology seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formations and clusterings of primordial black hole dark matter formed in the matter dominated Universe2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      Kavli IPMU Cosmic Accelereation Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Dark matter / aLIGO events / OGLE events / a seed of SMBHs for primordial black holes in the radiation/matter dominated Universe2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      The international KEK-PH 2020 meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      The 40th Anniversary Symposium of the US-Japan Science and Technology Cooperation Program in High Energy Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      KMI seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology I2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      KIAS cosmology lecture
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology II2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      KIAS cosmology lecture
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology III2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      KIAS cosmology lecture
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ダークマターの謎に迫る 第1回 ダークマターとは何か?2019

    • 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
  • [学会発表] 宇宙の「未発見」に挑む 第4回 ダークマター研究の最前線2019

    • 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
    • 招待講演
  • [学会発表] Late-time entropy production and neutrino oscillation in the early Universe2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      新学術領域研究「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」
    • 招待講演
  • [学会発表] ダークマター候補: PBH、axion、WIMPの問題点2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      ダークマターの懇談会2019
    • 招待講演
  • [学会発表] 全国同時七夕講演会つくば 「最新の電波観測で宇宙のナゾをとく!」  [ お話その1 「ブラックホールは見えるか?」2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      つくばエキスポセンター
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrino oscillation in the early Universe2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      国立天文台 科学研究部 COSNAP seminar
    • 招待講演
  • [学会発表] つくばちびっ子博士2019「加速器ってなに? 加速器科学の不思議を知ろう!」[ Bコース ``宇宙がむかし小さかった頃とブラックホールの意外な関係''2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      KEKつくば
    • 招待講演
  • [学会発表] DM annihilation <σv> and density profiles of dSphs with CTA2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      COSMO19
  • [学会発表] Inflation models and future CMB B-mode observations2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      International conference TAUP2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 招待講演 ``はじめに''2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      2019年物理学会秋の分科会 シンポジウム「原始ブラックホール」
    • 招待講演
  • [学会発表] 集中講義 ``素粒子的宇宙論入門''2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      京都大学理学部 物理第二教室 素粒子論研究室
    • 招待講演
  • [学会発表] 教室談話会 ``Neutrino oscillation in the early Universe''2019

    • 著者名/発表者名
      郡和範
    • 学会等名
      京都大学理学部 物理第二教室
    • 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Holes2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      京都大学理学部 物理第二教室 素粒子論研究室
    • 招待講演
  • [学会発表] 消えた反物質を探せ 第1回 宇宙のはじまりと反物質2019

    • 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新宿
    • 招待講演
  • [学会発表] 元素はどのように生まれてきたのか? 第1回 宇宙の始まりのビッグバン元素合成2019

    • 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
    • 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole dark matter and future gamma-ray observations2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      CTA annual meeting The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma-rays 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology in the Matter-Dominated Universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      APPC 2019 14TH ASIA-PACIFIC PHYSICS CONFERENCE
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Cosmology2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      Academia Sinica seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Axion-Like Particles with the Cosmicff IR and GeV-TeV Gamma-rayffobservations2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      LeCOSPA National Taiwan University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Netrino oscillation in the early Universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      Particle Theory Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formations and evolutions of PBHs in the matter-dominated Universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      Focus Week on Primordial Black Holes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dark matter models and observations of cosmic-ray electron and positron2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      CALET Staus Report
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrino oscillation in the early Universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      LiteBIRD Staus Report
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmological tests of Fundamental Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri
    • 学会等名
      2019 Joint Workshop of FKPPL and TYL/FJPPL
    • 国際学会
  • [図書] 宇宙物理学ハンドブック2020

    • 著者名/発表者名
      高原文郎、家正則、小玉英雄、高橋忠幸 他
    • 総ページ数
      912
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4254131277
  • [図書] 相対論と宇宙の事典2020

    • 著者名/発表者名
      安東正樹、白水徹也、浅田秀樹、石橋明浩、小林努、真貝寿明、早田次郎、谷口敬介 他
    • 総ページ数
      432
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4254131284
  • [備考] 第25回日本物理学会論文賞

    • URL

      https://www.jps.or.jp/activities/awards/ronbunsyo/ronbun25-2020.php

  • [備考] プレスリリース (なぜ物質は完全消滅を免れたのか? -重力波で探る物質の起源-)

    • URL

      https://www2.kek.jp/ipns/ja/release/20200204/

  • [学会・シンポジウム開催] KEK-Cosmo-20202020

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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