Designing of experiments for fundamental physics using man-made atoms

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暗黒エネルギー問題とインフレーションを同時に解決する有力な理論として一般相対性理論を拡張したスカラー・テンソル重力理論が有望視されている。本研究では、Jordan-Brans-Dicke (eJBD)理論にポテンシャルを持ち込む拡張JBD 理論に対して、従来あいまいであった基本的枠組みを整備・拡張した。この理論では、微細構造定数が宇宙進化とともに変化し、これが観測による制約に矛盾する可能性が高かった。この困難を回避する一般的な方法として、標準素粒子理論の導入法を拡張し、コンフォーマル関数のべきをゲージ不変な5つのラグランジャン項に独立に付加する仕組みを構築した。この新たな拡張理論に基づき、理論に許されるパラメータの範囲を探求し、原子物理実験を含む既存の実験結果の制約から制約パラメータ領域を確定した。許容パラメータ内で元素合成以降の暗黒エネルギーの占める割合、暗黒物質の割合等の宇宙進化を計算し、観測と見事に一致することを確かめた。既に提唱されているQuintessence 理論の一種の拡張とみなせるが、これまで不可能であったインフレーション理論との関連を議論できるのが本研究の大きな利点である。拡張eJBD 理論の観測・実験による検証研究に着手し、Lepto-genesis に対する新たな理論を提唱した。この新しい理論では、宇宙進化によるスカラー場の時間変化が時間反転対称性を破り、レプトン非対称性が熱平衡状態でも起こり得る点が、これまでの理論と異なる。ニュートリノ振動実験の混合角と関連づけることも可能であるが、CP 非保存位相に依らない計算結果が導かれるのが新しい寄与である。