Cosmological Research in Axion Physics: Phenomenology of Parity-Violation in Polarized Photon

轴子物理中的宇宙学研究：偏振光子宇称破缺现象学

• 批准号: 19K14702
• 负责人: 小幡 一平
• 金额: $ 2万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-11-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K14702/
• 关键词: 宇宙論; アクシオン; インフレーション; 暗黒物質; 暗黒エネルギー; 原始重力波; 重力波干渉計; 光子（ゲージ場）

本研究の目的は、未発見の素粒子であるアクシオンが引き起こす光子のパリティ対称性の破れに着目し、宇宙論の枠組みで将来の実験観測から検証を行える手段を開拓することである。当該年度に実施した本研究に関する課題について、主に以下の3つを遂行することができた。（１）最新のCMB観測データを用いたアクシオンインフレーション模型の制限：アクシオンが宇宙初期に光子の様なゲージ場と結合していると、ゲージ場の偏光一成分が増大して原始密度揺らぎや重力波を生成し、CMB実験で観測できる可能性がある。私は国内外の共同研究者らと協力し、PlanckとBICEP/Keckの最新のデータを使ってアクシオン模型のパラメータ領域の制限を行った。この成果は国際的な科学雑誌であるJCAPに掲載された。（２）CMB偏光の複屈折効果を用いたアクシオン探査：近年、Planck衛星のデータからCMBの偏光面が宇宙進化の過程で回転している（複屈折効果）兆候が得られ、素粒子の標準模型では説明できない新物理の存在を示唆している。この結果を受け、私は超弦理論由来のアクシオンが宇宙の暗黒エネルギーを担っている場合にこの観測結果を説明できる可能性があることを共同研究者と提唱した（JCAP掲載済み）。（３）Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment（DANCE）実験の初めての測定結果：2021年5月にDANCEのプロトタイプ実験の最初の測定がなされ、得られたデータから信号や雑音の抽出・解析をし、アクシオン暗黒物質と光子の結合定数の探索を実験チームらと行なった。得られた制限は当初の目標感度に比べると小さいものの、この成果は強磁場を用いない光共振器によるアクシオン観測では史上初の実験結果である。この研究成果は現在、科学雑誌であるPhysical Review Dに投稿中である。

The purpose of this study is to break the symmetry of the unidentified element particles using photonsれに目し、Cosmologyの枠组みでFutureの実験馳measurementから検 Demonstrationを行えるmeansをDevelopmentすることである. When the project of this year was completed, the subject of this research was completed, and the main project was carried out on the following 3 projects. (1) The latest CMB viewing platform Restrictions of the ション model: アクシオンがPhoton field in the early stage of the universeと Combined していると, ゲージのpolarized one component が Increased size して Original density 揺らぎやGravity wave を generated し, CMB 実験でmeasurement できるPossibility がある. Private joint researchers at home and abroad are working together, Planck and BICEP/Keck's latest research and development model is limited in the field. The results are published in the international scientific journal JCAP. (2) Exploration of the complex refractive effect of CMB polarization using いたアクシオン: In recent years, the Planck satellite's polarization surface of CMB has been used in the universe. The process of chemical transformation is back to normal (complex inflection effect), the standard model of prime particles is explained, and the existence of new physics is explained.このRESULT をReceive け、private はOrigin of superstring theoryのアクシオンがCosmosの黑黑エネルギーを干っている occasionにThe results of the test indicate the possibility of the experiment being carried out by a co-researcher, JCAP (JCAP). (3)Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment (DANCE) 実験の初めてのmeasurement results: May 2021にDANCEのプロトタイプ実験のInitial measurementがなされ、得られたデータから Signal や雑音のExtraction and analysis をし、アクシオン Dark Matter and Photon の Combining Fixed Number の Exploration を実験 チームらと行なった. The sensitivity of the initial target is smaller than that of the original target, and the result is strong magnetism. The first results in history were measured using the optical resonator in the field. The results of the research are currently being submitted to the Physical Review D of Science.

项目成果

DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment

舞蹈：利用环形腔实验进行暗物质轴子搜索

• DOI: 10.1088/1742-6596/1468/1/012032
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Michimura Yuta;Oshima Yuka;Watanabe Taihei;Kawasaki Takuya;Takeda Hiroki;Ando Masaki;Nagano Koji;Obata Ippei;Fujita Tomohiro
• 通讯作者: Fujita Tomohiro

New constraints on axion-gauge field dynamics during inflation from Planck and BICEP/Keck data sets

普朗克和 BICEP/Keck 数据集暴胀期间轴子规范场动力学的新约束

• DOI: 10.1088/1475-7516/2022/07/039
• 发表时间: 2022
• 期刊: JCAP
• 作者: Paolo Campeti;Ogan Ozsoy;Ippei Obata;Maresuke Shiraishi
• 通讯作者: Maresuke Shiraishi

Cosmic birefringence from monodromic axion dark energy

• DOI: 10.1088/1475-7516/2022/08/025
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: S. Gasparotto;Ippei Obata

Probing axions with the measurements of photon's birefringence

通过测量光子双折射来探测轴子

• 发表时间: 2023
• 作者: 中野 貴文;岡野 志のぶ;入江 圭一;森本 麻友香;山下 郁太;佐藤 朝光;仲村 佳彦;佐野 和憲;江川 孝;三島 健一;Tsuji Kaoru;Ippei Obata
• 通讯作者: Ippei Obata

Implications of the cosmic birefringence measurement for the axion dark matter search

• DOI: 10.1088/1475-7516/2022/09/062
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: Ippei Obata