アクシオンの量子性で迫る宇宙の起源と暗黒物質の正体

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初期宇宙の理論であるインフレーション理論は、私たちの宇宙が量子揺らぎから始まったことを示唆している。しかし私たちの宇宙の起源が、確かに量子揺らぎだったという証拠は未だに見つかっていない。私たちの宇宙が確かに量子ゆらぎから始まったという証拠を見つけるために、宇宙初期に量子ゆらぎから直接生成されるアクシオンの量子性に着目した。質量のないグラビトンの場合は、その量子状態はインフレーション中の激しい粒子生成によって、膨大な数のグラビトンが詰まった量子状態（スクイーズ状態）になることが分かっている。しかし、質量を持つアクシオンが、グラビトンと同様にスクィーズ状態になるかは明らかではない。そこでアクシオンがインフレーション中にスクィーズ状態になるかを調べた。その結果、アクシオンの質量は非常に小さいため、グラビトン同様スクィーズ状態になることが分かった。また、宇宙の構造形成を引き起こす重力源は、暗黒物質だと分かっているものの、未だに直接検出されていない。最近、アクシオンが暗黒物質であるという説が有力になっている。このアクシオンは宇宙における相転移で形成されるドメインウォールを形成し、暗黒物質に寄与していると考えられている。そこで、重力波がこのアクシオンドメインウォールを通過することにより、円偏光が生成されることを示した。この円偏光が検出されれば、アクシオンドメインウォールの存在を示唆することになり、暗黒物質に寄与していることが判明する。