インフレーション宇宙後の再加熱過程と宇宙暗黒物質に関する研究

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本年度は素粒子標準模型を超えた新しい統一模型の候補である、超対称Peccei-Quinn対称性模型に着目し、この模型が宇宙論的問題を解決しうるのかについて調べました。超対称Peccei-Quinn対称性模型には、Peccei-Quinn対称性が自発的に破れる際誘起されるNanbu-Go1dstone粒子であるaxionの超対称性パートナーとして、axinoが含まれています。このaxinoは、超対称性の破れがゲージ媒介機構でおこる場合には、よい暗黒物質候補になることが知られています。しかしながら、Peccei-Quinn対称性が破れたエネルギースケールが非常に小さい場合には、熱的に生成されるaxinoが宇宙のエネルギー密度を支配しうることも知られており、模型に制限が課されている。また、Peccei-Quinn対称性を超重力理論の枠組みで議論する場合には、Gravitinoもよい暗黒物質候補になることが広く議論されてきた。インフレーション後に生成される熱的なGravitinoは、宇宙の再加熱過程の温度が高い場合には、宇宙のエネルギー密度を支配しうることが知られている。本研究では、Peccei-Quinn対称性を課した超重力理論において、Gravitinoとaxinoが他の超対称パートナー粒子に比べて軽い模型を取り扱った。この模型において、Peccei-Quinn対称性の破れによってもたらされる、あらゆるエントロピー希釈機構を考慮し、axino、gravitinoがそれぞれ暗黒物質候補になりうるパラメーター領域を探索した。この研究によって、ある特定のパラメーター領域において、axino、gravitinoそれぞれがよい暗黒物質候補となり、また近年PLANCK衛星実験によって得られた、有効ニュートリノ世代数を、axionの残存量がよく説明することを示した。