Heavy right-handed neutrino search through gravitational waves from hybrid topological defects

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宇宙ひもを境界に持つドメイン壁のようなハイブリッド位相欠陥は、Dパリティなどの離散対称性を経由する大統一理論に普遍的に現れる。しかし、このような多段階の自発的対称に基づくハイブリッド位相欠陥の形成や形態、現在の観測との整合性について、これまで詳しく知られていなかった。我々は、そのようなハイブリッド位相欠陥をシミュレーションにより再現し、位相欠陥のエネルギー密度や重力波などの情報を取り出し、離散対称性を経由する標準模型を超える理論の検証を目指している。本年度、我々は宇宙ひもを境界に持つドメイン壁を再現するための最もシンプルなモデルとして、異なるグローバルU(1)電荷を持つ２つのスカラー場が相互作用する系に着目した。我々は初めてこのモデルのシミュレーションコードを作成し、数値シミュレーションを実施した。計算スキームは、アクシオンモデルに基づくシミュレーションの先行研究を参考にし、空間方向を２次精度中心差分、時間方向を２次精度リープフロッグスキームとした。支配方程式は、1つのグローバルU(1)対称性を持つ２スカラー場間の繰り込み可能な相互作用を含むクラインゴルドン方程式である。この方程式を、膨張する宇宙と共に拡大する共動座標系上で計算した。初期分布は、波数空間上でガウス分布となるランダムな初期場とした。本研究では、２つのスカラー場の凝縮温度に階層性をもたせ、先に大きな電荷を持つ場が凝縮するようにした。まず大きな電荷を持つスカラー場が凝縮することにより、宇宙ひもが形成される。続いて、小さな電荷を持つスカラー場の凝縮が起こり、先に形成された宇宙ひもを境界としてドメイン壁が形成される。我々は、このハイブリッド位相欠陥の形態が、スカラー場間の相互作用の強さに依存して大きく変わることを明らかにした。