New Avenues in Axion Cosmology

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本計画の目的は、未だ発見されていない素粒子であるアクシオンの研究を通して、宇宙の様々な現象や宇宙進化を統一的に理解する事である。そのためにはミクロのスケールを記述する素粒子物理学と、マクロのスケールにおける天文・宇宙物理学を組み合わせる多角的な手法を用いる事が重要である。本年度は、具体的には以下のような研究を行った。（１）アクシオンを位相方向として持つ複素スカラー場である Peccei-Quinn 場によって、宇宙のインフレーションの起源・暗黒物質の正体・Strong CP 問題をまとめて解決する可能性を調べた。特に Peccei-Quinn 場によるインフレーションが、理論の紫外完備の詳細に強く依存する点に着目し、高次元演算子による観測量への影響を包括的に解析した。更にこの解析結果を用いて、紫外完備に依存する高次元演算子への強い制限を導出した。また、インフレーション後の Peccei-Quinn 場のダイナミクスが、宇宙の再加熱やアクシオン暗黒物質の生成に与える影響を調べた。（２）アクシオン場の量子揺らぎが、インフレーション中に位相空間の特定方向において抑圧される（いわゆるスクイーズド状態になる）現象を調べた。スクイーズド状態がインフレーション後のアクシオン場の時間発展によって強く影響される事を明らかにし、この事象を解析的・数値的な手法を組み合わせる事で詳細に調べた。更に、スクイーズド状態とアクシオン暗黒物質の等曲率揺らぎとの関係についても明らかにした。