アクシオンの量子性で迫る宇宙の起源と暗黒物質の正体

通过轴子的量子性质探讨宇宙的起源和暗物质的真实本质

基本信息

批准号：
22K03621
负责人：
菅野優美
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03621/
关键词：
アクシオン重力波暗黒物質ドメインウォール宇宙の起源

项目摘要

初期宇宙の理論であるインフレーション理論は、私たちの宇宙が量子揺らぎから始まったことを示唆している。しかし私たちの宇宙の起源が、確かに量子揺らぎだったという証拠は未だに見つかっていない。私たちの宇宙が確かに量子ゆらぎから始まったという証拠を見つけるために、宇宙初期に量子ゆらぎから直接生成されるアクシオンの量子性に着目した。質量のないグラビトンの場合は、その量子状態はインフレーション中の激しい粒子生成によって、膨大な数のグラビトンが詰まった量子状態（スクイーズ状態）になることが分かっている。しかし、質量を持つアクシオンが、グラビトンと同様にスクィーズ状態になるかは明らかではない。そこでアクシオンがインフレーション中にスクィーズ状態になるかを調べた。その結果、アクシオンの質量は非常に小さいため、グラビトン同様スクィーズ状態になることが分かった。また、宇宙の構造形成を引き起こす重力源は、暗黒物質だと分かっているものの、未だに直接検出されていない。最近、アクシオンが暗黒物質であるという説が有力になっている。このアクシオンは宇宙における相転移で形成されるドメインウォールを形成し、暗黒物質に寄与していると考えられている。そこで、重力波がこのアクシオンドメインウォールを通過することにより、円偏光が生成されることを示した。この円偏光が検出されれば、アクシオンドメインウォールの存在を示唆することになり、暗黒物質に寄与していることが判明する。

暴胀理论是早期宇宙的一种理论，它表明我们的宇宙始于量子涨落。然而，目前还没有证据表明我们的宇宙起源确实是量子涨落。为了找到我们的宇宙确实起源于量子涨落的证据，我们关注了早期宇宙中量子涨落直接产生的轴子的量子性质。在无质量引力子的情况下，量子态已知会变成压缩态，其中由于膨胀过程中强烈的粒子产生，大量引力子被挤在一起。然而，尚不清楚有质量的轴子是否可以像引力子一样处于挤压状态。因此，我们研究了轴子在膨胀过程中是否受到挤压。结果发现轴子的质量很小，因此它们像引力子一样处于被挤压的状态。此外，虽然已知暗物质是导致宇宙结构形成的引力源，但它尚未被直接探测到。最近，轴子是暗物质的理论开始流行。该轴子形成了由宇宙中相变形成的畴壁，并且被认为对暗物质有贡献。因此，我们证明当引力波穿过这个轴子畴壁时会产生圆偏振光。如果检测到这种圆偏振光，将表明轴子畴壁的存在，并且将揭示它对暗物质的贡献。