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2022 年度 実績報告書

重力波レーザー干渉計を用いた軽いダークマターの検証

公募研究

研究領域ダークマターの正体は何か?- 広大なディスカバリースペースの網羅的研究
研究課題/領域番号 21H05453
研究機関東京工業大学

研究代表者

須山 輝明  東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
キーワードダークマター / レーザー干渉計
研究実績の概要

標準模型の粒子とわずかに相互作用する非常に軽いダークマターを、LIGO重力波レーザー干渉計のデータを用いて探索し、制限した。まず、前年度に行ったデータ解析法の定式化に地球の銀河系内での公転運動に伴うダークマターの速度分布の非等方性の効果を取り入れた。その結果、有効観測量である2台の検出器間によるcross-correlation statisticが、3×(10の-13乗)電子ボルトのスカラー場の質量(70ヘルツの信号に対応)付近に対しては感度を失い、それ以外の10の-13乗から10の-11乗電子ボルト間の質量に対しては、2倍ほど感度が良くなることが分かった。その後、導いたcross-correlation statisticをLIGOのO3観測に基づくcross-correlation statisticの公開データと比較した。その結果、スカラー場の存在を示す兆候は見つからなかった。この非検出の結果から、ダークマタースカラー場と標準模型粒子との相互作用として5つの場合(グルーオンと結合、クォークと結合、電子と結合、光子と結合、重力との非最小結合)を考え、それぞれの場合において相互作用の強さの上限を導いた。最初の4つの場合については今回の制限は等価原理の検証実験による制限には及ばないことが分かった。また、最後の場合についても、今回の制限は第五の力の探索実験による制限には及ばないものの、その差は5倍以内であることが分かり、今後レーザー干渉計の感度向上に伴い、いずれ今回の方法が第五の力の実験を上回り、最も有効となることが実証できた。また、ここまでの結果を当該学術変革のシンポジウムにて発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Superluminal propagation from IR physics2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Asuka、Suyama Teruaki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 ページ: 1, 6

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.107.016011

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Testing time evolution of mass distribution of black hole mergers2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama, So Okano
    • 雑誌名

      Astrophysics and Space Science

      巻: 368 ページ: 1,9

    • DOI

      10.1007/s10509-022-04160-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Physical effects of gravitational waves: pedagogical examples2022

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi, Teruaki Suyama
    • 雑誌名

      European Journal of Physics

      巻: 44 ページ: 1,10

    • DOI

      10.1088/1361-6404/ac9ef1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Limits for scalar field dark matter from gravitational wave detectors2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Workshop on Fundamental Cosmology: from Beginning to End
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational lensing of gravitational waves as a probe of small scale matter fluctuations2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Non-linear Nature of Cosmological Perturbations and its Observational Consequences
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Upper limit on the scalar field dark matter from LIGO third observation run2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
    • 国際学会
  • [学会発表] 物質揺らぎによる重力レンズを受けた重力波の性質について2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Non-linear aspects of cosmological gravitational waves
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal relation of lensed gravitational waves2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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