研究者詳細

顔写真

タカハシ　フミノブ
高橋　史宜
Fuminobu Takahashi
所属
大学院理学研究科　物理学専攻　量子基礎物理学講座（素粒子・宇宙理論分野）
職名
教授
学位

  • 博士（理学） （東京大学）

所属学協会 1

  • 日本物理学会

研究キーワード 6

  • 初期宇宙理論

  • アクシオン

  • バリオン非対称性

  • インフレーション

  • ダークマター

  • 素粒子論的宇宙論

研究分野 1

  • 自然科学一般 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理に関する理論 /

受賞 4

  1. 湯川記念財団・木村利栄理論物理学賞

    2024年9月　湯川記念財団　素粒子論的宇宙論および初期宇宙に関する研究

  2. 素粒子メダル奨励賞

    2013年　素粒子論グループ

  3. 第五回井上リサーチアウォード

    2013年　井上科学振興財団

  4. 日本物理学会若手奨励賞

    2011年

論文 74

  1. Kilobyte Cosmic Birefringence from ALP domain walls 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2021　(4)　2021年4月

    DOI： 10.1088/1475-7516/2021/04/007 　

    eISSN：1475-7516

  2. XENON1T Excess from Anomaly-Free Axionlike Dark Matter and Its Implications for Stellar Cooling Anomaly 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada, Wen Yin

    PHYSICAL REVIEW LETTERS　125　(16)　2020年10月

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.125.161801 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

  3. Relic abundance of dark photon dark matter 査読有り

    Prateek Agrawal, Naoya Kitajima, Matthew Reece, Toyokazu Sekiguchi, Fuminobu Takahashi

    Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics　801　2020年2月10日

    DOI： 10.1016/j.physletb.2019.135136 　

    ISSN：0370-2693

  4. Resolving the QCD axion domain wall problem with a light axion

    Junseok Lee, Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of High Energy Physics　2026年1月19日

    DOI： 10.1007/JHEP01(2026)124 　

  5. Primordial black hole formation via inverted bubble collapse 査読有り

    Kai Murai, Kodai Sakurai, Fuminobu Takahashi

    Journal of High Energy Physics　2025年7月3日

    DOI： 10.1007/JHEP07(2025)065 　

  6. Stability of domain walls with inflationary fluctuations under potential bias, and gravitational wave signatures

    Naoya Kitajima, Junseok Lee, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2025年7月1日

    DOI： 10.1088/1475-7516/2025/07/053 　

  7. Thermal production of axions from heavy Higgs bosons

    Kodai Sakurai, Fuminobu Takahashi

    Journal of High Energy Physics　2025年4月24日

    DOI： 10.1007/JHEP04(2025)187 　

  8. QCD axion dark matter from level crossing with refined adiabatic condition

    Kai Murai, Yuma Narita, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of High Energy Physics　2025年4月16日

    DOI： 10.1007/JHEP04(2025)124 　

  9. More is different: multi-axion dynamics changes topological defect evolution

    Junseok Lee, Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2025年4月1日

    DOI： 10.1088/1475-7516/2025/04/002 　

  10. Induced domain walls of QCD axion, and gravitational waves

    Junseok Lee, Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2024　(10)　038-038　2024年10月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2024/10/038 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We show that heavy axion domain walls induce domain walls of the QCD axion through a mixing between the heavy axion and the QCD axion, even when the pre-inflationary initial condition is assumed for the QCD axion. The induced domain walls arise because the effective θ parameter changes across the heavy axion domain walls, shifting the potential minimum of the QCD axion. When the heavy axion domain walls collapse, the induced QCD axion domain walls collapse as well. This novel mechanism for producing the QCD axions can explain dark matter even with the axion decay constant as small as 𝒪(109) GeV. In particular, this scenario requires domain wall collapse near the QCD crossover, potentially accounting for the stochastic gravitational wave background suggested by recent pulsar timing array observations, including NANOGrav. Using this mechanism, it is also possible to easily create induced domain walls for string axions or axions with a large decay constant, which would otherwise be challenging. We also comment on the implications for cosmic birefringence using induced axion domain walls.

  11. Bubble misalignment mechanism for axions

    Junseok Lee, Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2024　(05)　122-122　2024年5月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2024/05/122 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We study the dynamics of axions at first-order phase transitions in non-Abelian gauge theories. When the duration of the phase transition is short compared to the timescale of the axion oscillations, the axion dynamics is similar to the trapped misalignment mechanism. On the other hand, if this is not the case, the axions are initially expelled from the inside of the bubbles, generating axion waves on the outside. Analogous to the Fermi acceleration, these axions gain energy by repeatedly scattering off the bubble walls. Once they acquire enough energy, they can enter the bubbles. If the axion oscillations are relevant only inside the bubbles during the phase transition, the axion abundance is significantly enhanced compared to models where the axion mass is either constant or varies continuously as a function of temperature. The increase in axion abundance depends on the axion mass, the duration of the phase transition, and the bubble wall velocity. This mechanism results in a spatially inhomogeneous distribution of axions, which could lead to the formation of axion miniclusters. It has potential implications for the formation of oscillons/I-balls, axion warm dark matter, cosmic birefringence, and the production of dark photons.

  12. Primordial origin of supermassive black holes from axion bubbles

    Kentaro Kasai, Masahiro Kawasaki, Naoya Kitajima, Kai Murai, Shunsuke Neda, Fuminobu Takahashi

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2024　(05)　092-092　2024年5月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2024/05/092 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We study a modification of the primordial black hole (PBH) formation model from axion bubbles.We assume that the Peccei-Quinn scalar rolls down in the radial direction from a large field value to the potential minimum during inflation, which suppresses the axion fluctuations and weakens the clustering of PBHs on large scales.We find that the modified model can produce a sufficient number of PBHs that seed the supermassive black holes while avoiding the observational constraints from isocurvature perturbations and angular correlation of the high-redshift quasars.

  13. Gravitational waves from domain wall collapse, and application to nanohertz signals with QCD-coupled axions

    Naoya Kitajima, Junseok Lee, Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physics Letters B　851　138586-138586　2024年4月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.physletb.2024.138586 　

    ISSN：0370-2693

  14. Hadrophobic axion from a GUT

    Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physical Review D　109　(3)　2024年2月28日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.109.035024 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  15. Dissipation of axion energy via the Schwinger and Witten effects 査読有り

    Kwang Sik Jeong, Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    Physical Review D　2024年1月16日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.109.015014 　

  16. QCD axion hybrid inflation

    Yuma Narita, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2023　(12)　039-039　2023年12月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2023/12/039 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract When the inflaton is coupled to the gluon Chern-Simons term for successful reheating, mixing between the inflaton and the QCD axion is generally expected given the solution of the strong CP problem by the QCD axion. This is particularly natural if the inflaton is a different, heavier axion.We propose a scenario in which the QCD axion plays the role of the inflaton by mixing with heavy axions. In particular, if the energy scale of inflation is lower than the QCD scale, a hybrid inflation is realized where the QCD axion plays the role of the inflaton in early stages. We perform detailed numerical calculations to take account of the mixing effects. Interestingly, the initial misalignment angle of the QCD axion, which is usually a free parameter, is determined by the inflaton dynamics. It is found to be close to π in simple models. This is the realization of the pi-shift inflation proposed in previous literature, and it shows that QCD axion dark matter and inflation can be closely related. The heavy axion may be probed by future accelerator experiments.

  17. Can baryon asymmetry be explained by a large initial value before inflation?

    Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada, Wen Yin

    Physical Review D　108　(8)　2023年10月18日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.108.083518 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  18. Clustering of primordial black holes from QCD axion bubbles

    Kentaro Kasai, Masahiro Kawasaki, Naoya Kitajima, Kai Murai, Shunsuke Neda, Fuminobu Takahashi

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2023　(10)　049-049　2023年10月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2023/10/049 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We study the clustering of primordial black holes (PBHs) and axion miniclusters produced in the model proposed to explain the LIGO/Virgo events or the seeds of the supermassive black holes (SMBHs) in ref. [1]. It is found that this model predicts large isocurvature perturbations due to the clustering of PBHs and axion miniclusters, from which we obtain stringent constraints on the model parameters. Specifically, for the axion decay constant  fa = 1016 GeV, which potentially accounts for the seeds of the SMBHs, the PBH fraction in dark matter should be fPBH ≲ 7 × 10-10. Assuming that the mass of PBHs increases by more than a factor of 𝒪(10) due to accretion, this is consistent with the observed abundance of SMBHs. On the other hand, for  fa = 1017 GeV required to produce PBHs of masses detected in the LIGO/Virgo, the PBH fraction should be fPBH ≲ 6 × 10-8, which may be too small to explain the LIGO/Virgo events, although there is a significant uncertainty in calculating the merger rate in the presence of clustering.

  19. QCD axion: A unique player in the axiverse with mixings

    Kai Murai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physical Review D　108　(3)　2023年8月29日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.108.036020 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  20. Quantum decay of scalar and vector boson stars and oscillons into gravitons 査読有り

    Kazunori Nakayama, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2023年8月1日

    DOI： 10.1088/1475-7516/2023/08/058 　

    ISSN：1475-7516

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    <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>We point out that a soliton such as an oscillon or boson star inevitably decays into gravitons through gravitational interactions. These decay processes exist even if there are no apparent self-interactions of the constituent field, scalar or vector, since they are induced by gravitational interactions. Hence, our results provide a strict upper limit on the lifetime of oscillons and boson stars including the dilute axion star. We also calculate the spectrum of the graviton background from decay of solitons.</jats:p>

  21. Stability of domain wall network with initial inflationary fluctuations and its implications for cosmic birefringence

    Diego Gonzalez, Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physics Letters B　843　137990-137990　2023年8月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.physletb.2023.137990 　

    ISSN：0370-2693

  22. Resonant production of dark photons from axions without a large coupling

    Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D　107　(12)　2023年6月15日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.107.123518 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  23. Axion dark matter from first-order phase transition, and very high energy photons from GRB 221009A

    Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada, Wen Yin

    Physics Letters B　839　137824-137824　2023年4月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.physletb.2023.137824 　

    ISSN：0370-2693

  24. Early dark energy by a dark Higgs field and axion-induced nonthermal trapping

    Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physical Review D　107　(6)　2023年3月14日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.107.063016 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  25. Power spectrum of domain-wall network, and its implications for isotropic and anisotropic cosmic birefringence 査読有り

    Naoya Kitajima, Fumiaki Kozai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2022　(10)　043-043　2022年10月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2022/10/043 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract Recently, based on a novel analysis of the Planck satellite data, a hint of a uniform rotation of the polarization of cosmic microwave background photons, called isotropic cosmic birefringence, has been reported. The suggested rotation angle of polarization of about 0.2–0.4 degrees is close to the fine-structure constant, α ≃ 1/137 rad ≃ 0.42 deg. Interestingly, this coincidence can be naturally explained over a very wide parameter range by the domain walls of axion-like particles. Furthermore, the axion-like particle domain walls predict not only isotropic cosmic birefringence but also anisotropic one that reflects the spatial distribution of the axion-like particle field on the last scattering surface. In this paper, we perform lattice simulations of the formation and evolution of domain walls in the expanding universe and obtain for the first time the two-point correlation function and power spectrum of the scalar field that constitutes the domain walls. We find that for initial fluctuations at subhorizon scales, the power spectrum is roughly consistent with analytical predictions based on random wall distributions. However, there is some excess at scales corresponding to the Hubble radius. Applying our results to the anisotropic cosmic birefringence, we predict the power spectrum of the rotation angles induced by the axion-like particle domain walls for the similar initial condition, and show that it is within reach of future observations of the cosmic microwave background.

  26. Gravitational production of dark photon dark matter with mass generated by the Higgs mechanism 査読有り

    Takanori Sato, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2022　(08)　022-022　2022年8月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2022/08/022 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We study the gravitational production of dark photon dark matter during inflation, when dark photons acquire mass by the Higgs mechanism. In the previous study, it was assumed that the dark photon has a Stückelberg mass, or a mass generated by the Higgs mechanism with a sufficiently heavy Higgs boson. In this paper we consider a case in which the Higgs boson is not fully decoupled; the Higgs field changes its vacuum expectation value after inflation. Then, the dark photon mass also changes with time after inflation, and the time evolution of the longitudinal mode is different from the case with a Stückelberg mass. Consequently, the spectrum of the dark photon energy density can have two peaks at an intermediate scale and a small scale. We show that the dark photon can explain the dark matter if its current mass is larger than 6 μeV × (HI/1014 GeV)-4 and smaller than 0.8 GeV × (HI/1014 GeV)-3/2, with HI being the Hubble parameter during inflation. A higher mass is required if one considers a larger gauge coupling constant. The result for the Stückelberg mass can be reproduced in the limit of a small gauge coupling constant. We also comment on the constraints set by various conjectures in quantum gravity theory.

  27. Anomaly-free axion dark matter in three Higgs doublet model and its phenomenological implications

    Kodai Sakurai, Fuminobu Takahashi

    Journal of High Energy Physics　2022　(7)　2022年7月20日

    出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC

    DOI： 10.1007/jhep07(2022)124 　

    eISSN：1029-8479

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    Abstract We study phenomenological implications of an axion that arises as a pseudo Nambu-Goldstone boson due to the spontaneous breaking of anomaly-free global flavor symmetry. One interesting possibility for such anomaly-free axion to explain dark matter (DM) is when it has a mass of order keV and an intermediate scale decay constant, since it can be explored through direct search experiments, X-ray observations, various stellar cooling processes, and the misalignment mechanism naturally explains the DM abundance. As a concrete renormalizable model of such axion, we consider an extended Higgs sector with global flavor symmetry, which consists of three Higgs doublet fields and three singlet Higgs fields with U(1)B−L charges. We identify viable parameter regions that satisfy theoretical bounds on the Higgs potential and various experimental limits on this model, and evaluate the mass spectra of the axion and extra Higgs bosons. We find that even an anomaly-free axion can generally couple to photons through mixing with CP-odd Higgs, and that its strength depends on the vacuum expectation values of the Higgs doublets as well as the axion mass. As a result, the ratios of the vacuum expectation values of the Higgs doublets are tightly constrained to satisfy the X-ray constraints. We show the favored parameter region where axion DM explains the XENON1T excess. We also demonstrate that the axion-electron coupling is correlated with the extra Higgs boson masses and mixing angles for CP-even Higgs bosons. Thus, if the axion is detected in future observations, the extra Higgs boson masses and the coupling of the standard model-like Higgs boson with the weak gauge bosons are restricted. This is a good example of the synergy between searches for the axion DM and the BSM around the electroweak scale.

  28. Singlet extensions and W boson mass in light of the CDF II result 査読有り

    Kodai Sakurai, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physics Letters B　137324-137324　2022年7月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.physletb.2022.137324 　

    ISSN：0370-2693

  29. Cosmological implications of n ≈ 1 in light of the Hubble tension 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Physics Letters B　830　137143-137143　2022年7月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.physletb.2022.137143 　

    ISSN：0370-2693

  30. Nonthermally trapped inflation by tachyonic dark photon production 査読有り

    Naoya Kitajima, Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D　105　(10)　2022年5月11日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevd.105.103011 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  31. Cosmological effects of Peccei-Quinn symmetry breaking on QCD axion dark matter 査読有り

    Kwang Sik Jeong, Kohei Matsukawa, Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2022　(03)　026-026　2022年3月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2022/03/026 　

    eISSN：1475-7516

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    Abstract We study cosmological effects of explicit Peccei-Quinn breaking on the QCD axion dark matter. We find that the axion abundance decreases or increases significantly depending on the initial position, even for a tiny Peccei-Quinn breaking that satisfies the experimental bound of the neutron electric dipole measurements. If the axion first starts to oscillate around a wrong vacuum and if it gets trapped there until the false vacuum disappears due to non-perturbative QCD effects, its abundance increases significantly and is independent of the decay constant  fa, as first pointed out in ref. [1]. Thus, the axion produced by the trapping mechanism can explain dark matter even when the decay constant is close to the lower limit due to stellar cooling arguments. On the other hand, if the axion starts to oscillate about a potential minimum close to the low-energy vacuum, its abundance is significantly reduced because of the adiabatic suppression mechanism. This relaxes the upper limit of the axion window to large values of fa. We also discuss how the axionic isocurvature perturbation is affected by the Peccei-Quinn breaking term, and show that it can be suppressed in both regimes. In particular, the isocurvature bound on the inflation scale is relaxed by many orders of magnitudes for fa ≳ 1011 GeV compared to the conventional scenario.

  32. Cosmic Birefringence Triggered by Dark Matter Domination 査読有り

    Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    Physical Review Letters　127　(18)　2021年10月28日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevlett.127.181103 　

    ISSN：0031-9007

    eISSN：1079-7114

  33. Challenges for heavy QCD axion inflation 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2021　(10)　057-057　2021年10月1日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1475-7516/2021/10/057 　

    eISSN：1475-7516

  34. Gravitational waves and dark radiation from dark phase transition: Connecting NANOGrav pulsar timing data and hubble tension 査読有り

    Yuichiro Nakai, Motoo Suzuki, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics　816　2021年5月10日

    DOI： 10.1016/j.physletb.2021.136238 　

    ISSN：0370-2693

  35. Trapping effect for QCD axion dark matter 査読有り

    Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada

    JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS　(5)　2021年5月

    DOI： 10.1088/1475-7516/2021/05/062 　

    ISSN：1475-7516

  36. What if ALP dark matter for the XENON1T excess is the inflaton 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Masaki Yamada, Wen Yin

    JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS　(1)　2021年1月

    DOI： 10.1007/JHEP01(2021)152 　

    ISSN：1029-8479

  37. Primordial black holes from QCD axion bubbles 査読有り

    Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics　2020　(11)　2020年11月

    DOI： 10.1088/1475-7516/2020/11/060 　

    eISSN：1475-7516

  38. QCD axion window and false vacuum Higgs inflation 査読有り

    Hiroki Matsui, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of High Energy Physics　2020　(5)　2020年5月1日

    DOI： 10.1007/JHEP05(2020)154 　

    ISSN：1126-6708

    eISSN：1029-8479

  39. Stochastic axion dark matter in axion landscape 査読有り

    Shota Nakagawa, Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS　2020　(5)　004-004　2020年5月

    DOI： 10.1088/1475-7516/2020/05/004 　

    ISSN：1475-7516

    eISSN：1475-7516

  40. Stochastic inflation with an extremely large number of e-folds 査読有り

    Naoya Kitajima, Yuichiro Tada, Fuminobu Takahashi

    Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics　800　2020年1月10日

    DOI： 10.1016/j.physletb.2019.135097 　

    ISSN：0370-2693

  41. Hidden monopole dark matter via axion portal and its implications for direct detection searches, beam-dump experiments, and the H <inf>0</inf> tension 査読有り

    Ryuji Daido, Shu Yu Ho, Fuminobu Takahashi

    Journal of High Energy Physics　2020　(1)　2020年1月1日

    DOI： 10.1007/JHEP01(2020)185 　

    ISSN：1126-6708

    eISSN：1029-8479

  42. QCD axion on hilltop by a phase shift of π 査読有り

    Fuminobu Takahashi, Wen Yin

    Journal of High Energy Physics　2019　(10)　2019年10月1日

    DOI： 10.1007/JHEP10(2019)120 　

    ISSN：1126-6708

    eISSN：1029-8479

  43. QCD axion window and low-scale inflation 査読有り

    Takahashi, Fuminobu, Yin, Wen, Guth, Alan H.

    Phys.Rev.D　98　(1)　015042-015042　2018年8月1日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.98.015042 　

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    We show that the upper bound of the classical QCD axion window can be significantly relaxed for low-scale inflation. If the Gibbons-Hawking temperature during inflation is lower than the QCD scale, the initial QCD axion misalignment angle follows the Bunch-Davies distribution. The distribution is peaked at the strong CP conserving minimum if there is no other light degree of freedom contributing to the strong CP phase. As a result, the axion overproduction problem is significantly relaxed even for an axion decay constant larger than $10^{12}$GeV. We also provide concrete hilltop inflation models where the Hubble parameter during inflation is comparable to or much smaller than the QCD scale, with successful reheating taking place via perturbative decays or dissipation processes.

  44. Probing axion-photon coupling from the resonant conversion of QCD axion and ALP dark matter

    Shu-Yu Ho, Ken'Ichi Saikawa, Fuminobu Takahashi

    Proceedings of the 14th Patras Workshop on Axions, WIMPs and WISPs, PATRAS 2018　29-32　2018年

    出版者・発行元： Verlag Deutsches Elektronen-Synchrotron

    DOI： 10.3204/DESY-PROC-2018-03/Ho_Shu-Yu 　

  45. Space Gravitational Wave Antenna DECIGO and B-DECIGO

    Kawamura, Seiji, Nakamura, Takashi, Ando, Masaki, Seto, Naoki, Akutsu, Tomotada, Funaki, Ikkoh, Ioka, Kunihito, K, a, Nobuyuki, Kawano, Isao, Musha, Mitsuru, Nakazawa, Kazuhiro, Sato, Shuichi, Takashima, Takeshi, Tanaka, Takahiro, Tsubono, Kimio, Yokoyama, Jun'ichi, Agatsuma, Kazuhiro, Aoyanagi, Koh-suke, Arai, Koji, Araya, Akito, Aritomi, Naoki, Asada, Hideki, Aso, Yoichi, Chen, Dan, Chiba, Takeshi, Ebisuzaki, Toshikazu, Eguchi, Satoshi, Ejiri, Yumiko, Enoki, Motohiro, Eriguchi, Yoshiharu, Fujimoto, Masa-Katsu, Fujita, Ryuichi, Fukushima, Mitsuhiro, Futamase, Toshifumi, Gondo, Rina, Harada, Tomohiro, Hashimoto, Tatsuaki, Hayama, Kazuhiro, Hikida, Wataru, Himemoto, Yoshiaki, Hirabayashi, Hisashi, Hiramatsu, Takashi, Hong, Feng-Lei, Horisawa, Hideyuki, Hosokawa, Mizuhiko, Ichiki, Kiyotomo, Ikegami, Takeshi, Inoue, Kaiki T, Ishihara, Hideki, Ishikawa, Takehiko, Ishizaki, Hideharu, Ito, Hiroyuki, Itoh, Yousuke, Izumi, Kiwamu, Kanemura, Shinya, Kawashima, Nobuki, Kawazoe, Fumiko, Kishimoto, Naoko, Kiuchi, Kenta, Kobayashi, Shiho, Kohri, Kazunori, Koizumi, Hiroyuki, Kojima, Yasufumi, Kokeyama, Keiko, Kokuyama, Wataru, Kotake, Kei, Kozai, Yoshihide, Kunimori, Hiroo, Kuninaka, Hitoshi, Kuroda, Kazuaki, Kuroyanagi, Sachiko, Maeda, Kei-ichi, Matsuhara, Hideo, Matsumoto, Nobuyuki, Michimura, Yuta, Miyakawa, Osamu, Miyamoto, Umpei, Miyoki, Shinji, Morimoto, Mutsuko Y, Morisawa, Toshiyuki, Moriwaki, Shigenori, Mukohyama, Shinji, Nagano, Shigeo, Nakamura, Kouji, Nakano, Hiroyuki, Nakao, Kenichi, Nakasuka, Shinichi, Nakayama, Yoshinori, Nishida, Erina, Nishizawa, Atsushi, Niwa, Yoshito, Noumi, Taiga, Obuchi, Yoshiyuki, Ohishi, Naoko, Ohkawa, Masashi, Okada, Kenshi, Okada, Norio, Okutomi, Koki, Oohara, Kenichi, Sago, Norichika, Saijo, Motoyuki, Saito, Ryo, Sakagami, Masaaki, Sakai, Shin-ichiro, Sakata, Shihori, Sasaki, Misao, Sato, Takashi, Shibata, Masaru, Shibata, Kazunori, Shimo-oku, Ayumi, Shinkai, Hisaaki, Shoda, Ayaka, Somiya, Kentaro, Sotani, Hajime, Suemasa, Aru, Sugiyama, Naoshi, Suwa, Yudai, Suzuki, Rieko, Tagoshi, Hideyuki, Takahashi, Fuminobu, Takahashi, Kakeru, Takahashi, Keitaro, Takahashi, Ryutaro, Takahashi, Ryuichi, Takahashi, Hirotaka, Akiteru, Takamori, Takano, Tadashi, Tanaka, Nobuyuki, Taniguchi, Keisuke, Taruya, Atsushi, Tashiro, Hiroyuki, Torii, Yasuo, Toyoshima, Morio, Tsujikawa, Shinji, Ueda, Akitoshi, Ueda, Ken-ichi, Ushiba, Takafumi, Utashima, Masayoshi, Wakabayashi, Yaka, Yagi, Kent, Yamamoto, Kazuhiro, Yamazaki, Toshitaka, Yoo, Chul-Moon, Yoshida, Shijun, Yoshino, Taizoh

    International Journal of Modern Physics D　0　(ja)　2018年

    DOI： 10.1142/S0218271818450013 　

    ISSN：0218-2718

  46. Domain wall formation from level crossing in the axiverse 査読有り

    Ryuji Daido, Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　92　(6)　2015年9月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.92.063512 　

    ISSN：1550-7998

    eISSN：1550-2368

  47. Degenerate spectrum in the neutrino mass anarchy with Wishart matrices and implications for 0νββ and δcP 査読有り

    Kwang Sik Jeong, Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　91　(11)　2015年6月16日

    出版者・発行元： American Physical Society

    DOI： 10.1103/PhysRevD.91.113010 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  48. 26aSD-5 Domain Wall Formation from Level Crossing in the Axiverse

    大道 竜次, 北嶋 直弥, 高橋 史宜

    日本物理学会講演概要集　70　18-18　2015年

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    DOI： 10.11316/jpsgaiyo.70.2.0_18 　

    ISSN：2189-079X

  49. Topological Higgs inflation: Origin of Standard Model criticality 査読有り

    Yuta Hamada, Kin-ya Oda, Fuminobu Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　90　(9)　2014年11月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.90.097301 　

    ISSN：1550-7998

    eISSN：1550-2368

  50. Running spectral index from large-field inflation with modulations revisited 査読有り

    Michael Czerny, Takeshi Kobayashi, Fuminobu Takahashi

    Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics　735　176-180　2014年7月30日

    出版者・発行元： Elsevier

    DOI： 10.1016/j.physletb.2014.06.018 　

    ISSN：0370-2693

  51. Resonant conversions of QCD axions into hidden axions

    Naoya Kitajima, Fuminobu Takahashi

    JGRG 2014 - Proceedings of the 24th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan　1　49-62　2014年

    出版者・発行元： University of Tokyo, Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe, KIPMU

  52. Testing the origin of primordial perturbation: Use of bi and tri-spectrum 査読有り

    T. Suyama, K. Ichikawa, M. Kawasaki, K. Nakayama, T. Sekiguchi, F. Takahashi, T. Takahashi, T. Tanaka, Y. Watanabe, M. Yamaguchi, J. Yokoyama, S. Yokoyama

    RESCEU Symposium on General Relativity and Gravitation, JGRG 22　111303-　2012年

  53. Adiabatic solution to the Polonyi/moduli problem 査読有り

    Kazunori Nakayama, Fuminobu Takahashi, Tsutomu T. Yanagida

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　84　(12)　2011年12月28日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.84.123523 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  54. Non-Gaussianity from curvatons revisited 査読有り

    Masahiro Kawasaki, Takeshi Kobayashi, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　84　(12)　2011年12月8日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.84.123506 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  55. Gravitational waves from Q-balls in gravity mediation

    Takashi Hiramatsu, Fuminobu Takahashi, Masahide Yamaguchi

    Proceedings of the 20th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, JGRG 2010　302-306　2010年

  56. Dark matter and cosmic-ray anomalies

    高橋 史宜

    素粒子論研究　117　(6)　F7-F13　2010年

    出版者・発行元： 素粒子論グループ 素粒子論研究 編集部

    DOI： 10.24532/soken.117.6_F7 　

    ISSN：0371-1838

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    After giving a review of recent cosmic-ray observations such as PAMELA, ATIC/PPB-BETS, Fermi and H.E.S.S, I explain what kind of conditions must be met if the PAMELA/Fermi excesses are due to dark matter. Finally I will give one dark matter model based on a Wino LSP with a tiny R-parity violation.

  57. Conformal supersymmetry breaking in vectorlike gauge theories 査読有り

    K. I. Izawa, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida, Kazuya Yonekura

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　80　(8)　2009年10月15日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.80.085017 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  58. DECIGO: The Japanese space gravitational wave antenna 査読有り

    S. Sato, S. Kawamura, M. Ando, T. Nakamura, K. Tsubono, A. Araya, I. Funaki, K. Ioka, N. Kanda, S. Moriwaki, M. Musha, K. Nakazawa, K. Numata, S.-I. Sakai, N. Seto, T. Takashima, T. Tanaka, K. Agatsuma, K.-S. Aoyanagi, K. Arai, H. Asada, Y. Aso, T. Chiba, T. Ebisuzaki, Y. Ejiri, M. Enoki, Y. Eriguchi, M.-K. Fujimoto, R. Fujita, M. Fukushima, T. Futamase, K. Ganzu, T. Harada, T. Hashimoto, K. Hayama, W. Hikida, Y. Himemoto, H. Hirabayashi, T. Hiramatsu, F.-L. Hong, H. Horisawa, M. Hosokawa, K. Ichiki, T. Ikegami, K. TInoue, K. Ishidoshiro, H. Ishihara, T. Ishikawa, H. Ishizaki, H. Ito, Y. Itoh, N. Kawashima, F. Kawazoe, K. Naoko, K. Kiuchi, S. Kobayashi, K. Kohri, H. Koizumi, Y. Kojima, K. Kokeyama, W. Kokuyama, K. Kotake, Y. Kozai, H. Kudoh, H. Kunimori, H. Kuninaka, K. Kuroda, K.-I. Maeda, H. Matsuhara, Y. Mino, O. Miyakawa, S. Miyoki, M. YMorimoto, T. Morioka, T. Morisawa, S. Mukohyama, S. Nagano, I. Naito, K. Nakamura, H. Nakano, K. Nakao, S. Nakasuka, Y. Nakayama, E. Nishida, K. Nishiyama, A. Nishizawa, Y. Niwa, T. Noumi, Y. Obuchi, M. Ohashi, N. Ohishi, M. Ohkawa, N. Okada, K. Onozato, K. Oohara, N. Sago, M. Saijo, M. Sakagami, S. Sakata, M. Sasaki, T. Sato, M. Shibata, H. Shinkai, K. Somiya, H. Sotani, N. Sugiyama, Y. Suwa, R. Suzuki, H. Tagoshi, F. Takahashi, K. Takahashi, K. Takahashi, R. Takahashi, R. Takahashi, T. Takahashi, H. Takahashi, T. Akiteru, T. Takano, K. Taniguchi, A. Taruya, H. Tashiro, Y. Torii, M. Toyoshima, S. Tsujikawa, Y. Tsunesada, A. Ueda, K.-I. Ueda, M. Utashima, Y. Wakabayashi, H. Yamakawa, K. Yamamoto, T. Yamazaki, J. Yokoyama, C.-M. Yoo, S. Yoshida, T. Yoshino

    Journal of Physics: Conference Series　154　2009年

    DOI： 10.1088/1742-6596/154/1/012040 　

    ISSN：1742-6588

    eISSN：1742-6596

  59. Gauge mediation with sequestered supersymmetry breaking 査読有り

    Satoshi Shirai, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida, Kazuya Yonekura

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　78　(7)　2008年10月6日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.78.075003 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  60. Inflaton decay in supergravity 査読有り

    Motoi Endo, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　76　(8)　2007年10月12日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.76.083509 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  61. Retrofitted gravity mediation without the gravitino-overproduction problem 査読有り

    Motoi Endo, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　76　(8)　2007年10月9日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.76.083508 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  62. Increasing the effective number of neutrinos with decaying particles 査読有り

    Kazuhide Ichikawa, Masahiro Kawasaki, Kazunori Nakayama, Masato Senami, Fuminobu Takahashi

    AIP Conference Proceedings　957　413-416　2007年

    DOI： 10.1063/1.2823816 　

    ISSN：0094-243X 1551-7616

  63. Spontaneous nonthermal leptogenesis in high-scale inflation models 査読有り

    Motoi Endo, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　74　(12)　2006年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.74.123523 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  64. Nonthermal production of dark matter from a late-decaying scalar field at an intermediate scale 査読有り

    Motoi Endo, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　74　(6)　2006年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.74.063502 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  65. Gravitino-overproduction problem in an inflationary universe 査読有り

    Masahiro Kawasaki, Fuminobu Takahashi, T. T. Yanagida

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　74　(4)　2006年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.74.043519 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  66. Moduli/inflaton mixing with supersymmetry-breaking field 査読有り

    Motoi Endo, Koichi Hamaguchi, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　74　(2)　2006年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.74.023531 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  67. 511 keV line from Q balls in the galactic center 査読有り

    S Kasuya, F Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　72　(8)　2005年10月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.72.085015 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  68. Oscillation effects on thermalization of the neutrinos in the universe with low reheating temperature 査読有り

    K Ichikawa, M Kawasaki, F Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　72　(4)　2005年8月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.72.043522 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  69. Q-ball metamorphosis 査読有り

    M Kawasaki, F Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　70　(4)　2004年8月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.70.043517 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  70. Spontaneous baryogenesis in flat directions 査読有り

    F Takahashi, M Yamaguchi

    PHYSICAL REVIEW D　69　(8)　2004年4月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.69.083506 　

    ISSN：0556-2821

  71. Curvatons in supersymmetric models 査読有り

    K Hamaguchi, M Kawasaki, T Moroi, F Takahashi

    PHYSICAL REVIEW D　69　(6)　2004年3月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.69.063504 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  72. [Formula Presented]-ball metamorphosis 査読有り

    Masahiro Kawasaki, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　70　(4)　2004年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.70.043517 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  73. Moduli problem and baryogenesis in gauge-mediated SUSY breaking models 査読有り

    S. Kasuya, M. Kawasaki, Fuminobu Takahashi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　65　(6)　12　2002年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.65.063509 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  74. Large lepton asymmetry from [Formula Presented]-balls 査読有り

    M. Kawasaki, Fuminobu Takahashi, Masahide Yamaguchi

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　66　(4)　8　2002年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.66.043516 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

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MISC 5

  1. 19pSL-2 Bモード偏光から探る初期宇宙と素粒子理論(19pSL 宇宙線・宇宙物理領域,素粒子論領域合同シンポジウム:原始重力波シンポ,宇宙線・宇宙物理領域)

    高橋 史宜

    日本物理学会講演概要集　69　(2)　42-42　2014年8月22日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 1342-8349

  2. 17aSY-5 インフレーションの再加熱過程における非熱的グラビティーノ問題の発見(17aSY 若手奨励賞受賞記念講演,宇宙線・宇宙物理領域)

    高橋 史宜

    日本物理学会講演概要集　66　(2)　104-104　2011年8月24日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 1342-8349

  3. 25aGR-2 インフレーションの再加熱過程における非熱的グラビティーノ問題の発見(25aGR 宇宙線・宇宙物理領域 若手奨励賞受賞記念講演,宇宙線・宇宙物理領域)

    高橋 史宜

    日本物理学会講演概要集　66　(1)　101-101　2011年3月3日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 1342-8349

  4. 23aSL-8 重力波によるグラビティーノ質量の決定(23aSL 素粒子論領域,宇宙線・宇宙物理領域合同,素粒子論領域)

    高橋 史宜, 柳田 勉, 米倉 和也

    日本物理学会講演概要集　63　(2)　12-12　2008年8月25日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 1342-8349

  5. 12aSF-9 アフレック・ダイン機構におけるQ-ballの不安定性(12aSF 宇宙物理,宇宙線・宇宙物理領域)

    紺谷 健一朗, 高橋 史宣, 川崎 雅裕

    日本物理学会講演概要集　60　(2)　22-22　2005年8月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 1342-8349

講演・口頭発表等 17

  1. 軽いダークマター 招待有り

    高橋史宜

    2025年4月25日

  2. Fate of topological defects in multiple axion models

    高橋史宜

    COSMO`24　2024年10月22日

  3. Bubble Misalignment Mechanism

    高橋史宜

    DESY Theory Workshop　2024年9月26日

  4. 宇宙のはじまり インフレーションについて 招待有り

    高橋史宜

    KEKサマーチャレンジ　2024年8月21日

  5. Isotropic and anisotropic cosmic birefringence by axion domain walls 招待有り

    高橋史宜

    1st iTHEMS Cosmology Forum, Riken　2024年5月14日

  6. Light dark matter 招待有り

    高橋史宜

    “What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter"　2024年3月7日

  7. Light Dark Matter

    高橋史宜

    Extreme Mass Dark Matter Workshop from Superlight to Superheavy　2024年3月4日

  8. Bubbles and Walls in Axion Cosmology 招待有り

    高橋史宜

    2024 CAU-PNU Beyond the Standard Model Workshop　2024年2月19日

  9. Trapped misalignment mechanism*, and its cosmological implications 招待有り

    高橋史宜

    Advancements in Axion Physics 2023　2023年10月16日

  10. 宇宙のはじまり インフレーションについて 招待有り

    KEKサマーチャレンジ　2023年8月19日

  11. Axions in astrophysics and cosmology 招待有り

    高橋 史宜

    QUC school　2023年7月13日

  12. Axion dark matter and its cosmological implications 招待有り

    高橋 史宜

    KPS-JPS symposium　2023年4月20日

  13. Light Dark Matter 招待有り

    高橋 史宜

    “What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter"　2023年3月7日

  14. Dark Higgs EDE and axions 招待有り

    高橋史宜

    2023年2月22日

  15. アクシオン宇宙論と最近の進展 招待有り

    高橋 史宜

    第35回理論懇シンポジウム　2022年12月23日

  16. Axion domain walls, and cosmic birefringence 招待有り

    高橋 史宜

    YU Workshop 2022 — Frontiers in Gravity and Fundamental Physics —　2022年11月27日

  17. Light dark matter 招待有り

    Fuminobu Takahash

    i“What is dark matter;Comprehensive study of the huge discovery;space in dark matter”;Annual Symposium　2022年3月29日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 22

  1. 広範な質量領域におけるアクシオンダイナミクスによる物質の起源の解明

    高橋 史宜

    2025年4月1日 ～ 2027年3月31日

  2. ダークマターの正体は何か？ - 広大なディスカバリースペースの網羅的研究

    村山 斉, 高田 昌広, 高橋 史宜, 村瀬 孔大, 柳 哲文, 道村 唯太, 宮崎 聡, 山崎 典子, 西田 昌平, 小松 英一郎, 山崎 雅人, 安藤 真一郎

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

    研究機関：The University of Tokyo

    2020年11月19日 ～ 2025年3月31日

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    宇宙の物質の大部分を占めるダークマターの正体を解明するために、今までにない多角的な方法で理論から宇宙観測・地上実験にまたがる研究領域を拓き、その正体に迫る。具体的には、サイエンスの柱とし「軽いダークマター」「重いダークマター」「巨視的ダークマター」を立て、約90桁の範囲にも及ぶ広い質量範囲のダークマター候補を網羅的に調べる。 2年目の令和3年度は、公募研究19課題が領域に組み込まれた。加速器実験、アクシオン探査実験、重力波レーザー干渉計を想定した理論研究、可視光・Ｘ線・ガンマ線等の多波長データを想定した開発・観測・理論研究、宇宙の構造形成に関するシミュレーション、など非常に多岐にわたる公募研究が採択され、若手研究者、経験のある研究者がバランス良く領域に加わり、研究領域の重層化が整った。 また本年度は、共同研究を促すため二つの大きな国際研究会を開催した。一つは、「理論班」(A01・A02)と「地上実験班」（B01）が中心となり、「軽いダークマター」を主テーマにしたオンライン国際研究会「Very Light Dark Matter 2021」で、2021年9月27日-29日の日程で開催した。参加登録者が184名（外国人研究者が117名）と盛況で活発な議論の場となった。もう一つは、公募研究を含めた領域全体のオンライン国際研究会「What is dark matter? 2022」で、2022年3月29日-30日の日程で開催され、海外からの参加者を含めて約150名が参加し、領域研究成果報告の場を持つことができた。この領域全体の研究会には、総括班評価者も招待され、両日ともランチブレイクの時間を利用した総括班会議を開催し、進捗状況、コロナ禍における課題、また次年度以降の活動方針等についての有意義な議論をもつことができた。

  3. 軽いダークマターの生成と進化に関する理論的探究

    高橋 史宜, 川崎 雅裕, 北嶋 直弥, 山田 將樹

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

    研究機関：Tohoku University

    2020年11月19日 ～ 2025年3月31日

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    宇宙マイクロ波背景放射の偏光データの解析によって、その偏光パターンから宇宙マイクロ波背景放射の偏光面が回転している兆候があることが指摘されていた。山田は、高橋とともに理論的にこの結果を自然に説明するメカニズムとして、アクシオンがダークマターのエネルギーによって質量を得ることで運動を開始する機構を提唱した。この機構によると、宇宙マイクロ波背景放射の偏光に影響を与えるような非常に軽いアクシオンが、ダークマターとも関連していることになり、将来的にダークマターの直接探査実験によって検証されることが期待される。川崎は非常に質量の軽いアクシオンが宇宙初期にオシロンと呼ばれるソリトンを形成し，それが宇宙の構造形成に与える影響を調べ，オシロンの崩壊過程でアクシオンの小スケール揺らぎが減衰し，それによってアクシオンに制限が得られることを明らかにした。高橋は本研究において雇用している殷文氏とともに、非常に軽いアクシオンから構成されるドメインウォールが等方および非等方宇宙複屈折へ寄与することを提唱した。とくに、アクシオンの質量および光子との結合定数の広いパラメター領域において、観測されている程度の回転角を自然に説明することができることを示すことができた。殷は初期宇宙の相転移における新たな軽い暗黒物質の生成機構を提唱した他、ヒッグス混合による暗黒物質の質量起源および軽い暗黒物質の新しい実験方法を提示した。北嶋は宇宙初期におけるアクシオンによるゲージ場生成に着目したこれまでの研究を拡張し、ヒッグス場を新たに導入したモデルの解析を行なった。その結果、新たなヒッグス場が短期間のインフレーションを担うことを発見し、残存モジュライ問題の新たな解決法となることを指摘した。

  4. 極弱相互作用を持つ軽い新粒子の描く新宇宙描像とその実験的検証

    高橋 史宜, 石渡 弘治, 北嶋 直弥

    2020年4月1日 ～ 2025年3月31日

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    高橋は，現在の宇宙のバリオン非対称性を説明するひとつのシナリオとして知られていた，インフレーションが生じる前に非常に大きなバリオン非対称性を生成するシナリオに着目し，このようなシナリオにおいては断熱揺らぎと相関を持つバリオン等曲率揺らぎが大きくなりすぎることを発見した。これまでは原理的にはインフレーション以前に十分大きなバリオン数を用意すれば現在の宇宙に存在するバリオン非対称性を説明できると考えられていた。この結果，インフレーション以前にバリオン生成するシナリオは完全に棄却され，インフレーション後にバリオン非対称性を生成しなくてはならないことが初めて論理的に示すことができた。更にアクシオンの振動エネルギーがモノポールのWitten効果とシュウィンガー効果によって散逸することを指摘し，アクシオンダークマターに関するシナリオに示唆を与えた。石渡は宇宙観測と整合性の高い超共形ハイブリッドインフレーションモデルを拡張し、インフレーション後にレプトン数を生成する機構を考えた。保存量子数の伝搬の解析により、残存するバリオン数が現在の観測量と整合することを明らかにした。北嶋はHubble tensionに動機づけられたEarly dark energyのモデルとして極弱粒子であるアクシオンに着目し、自己共鳴現象による重力波生成を格子シミュレーションにより明らかにした。特に、宇宙背景放射の観測によりモデルの検証が可能であることを明らかにした。

  5. 極弱相互作用を持つ軽い新粒子の描く新宇宙描像とその実験的検証

    高橋 史宜, 石渡 弘治, 北嶋 直弥

    2020年4月1日 ～ 2025年3月31日

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    石渡は絶縁体中素励起としての準粒子アクシオンおよび初期宇宙におけるアクシオンに着目し、前者では磁性と準粒子アクシオンの関係を明瞭に定式化、後者ではアクシオンと非可換ゲージ場の相互作用から発生する原始重力波スペクトルを明らかにした。桜井はアクシオンと電弱スケールの新物理とのつながりを追求することを念頭に、ヒッグスセクターが拡張された模型において、荷電ヒッグスボソンの崩壊分岐比に対する輻射補正の効果を解析した。この研究により将来的に荷電ヒッグスボソンが発見された場合、崩壊分岐比を精密測定することで、拡張ヒッグス模型の識別が可能であることを明かにした。また、125GeVヒッグスボソンのインビジブル崩壊の量子補正を解析し、電弱スケールの新粒子による量子効果の影響が、現在のLHC実験の測定精度に匹敵し得ることを明らかにした。北嶋は，極弱粒子の代表例であるQCDアクシオンがダークマターとなるシナリオにおいて、背景時空および、背景輻射の断熱揺らぎの影響を考慮した解析を行い、QCDアクシオンの密度揺らぎの発展について非自明な効果を指摘した。高橋は宇宙複屈折を説明するシナリオとしてダークマターと結合した軽いアクシオンの運動を提唱した。これによって、宇宙複屈折の時期が自然にmatter-radiation equalityの時期に近いことが説明することができた。またQCDアクシオンの運動がPeccei-Quinn対称性の破れが存在する場合にどのように変化する場合を解析的および数値的に明らかにした。特に、崩壊定数が非常に小さい場合であっても、適当な破れを導入することによって、等曲率ゆらぎを抑えつつダークマターを説明することができるということを明らかにした。

  6. 高スケール超対称性模型の実験的検証の研究

    柳田 勉, 松本 重貴, 白井 智, 野尻 美保子, 伊部 昌宏, 高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：The University of Tokyo

    2017年4月1日 ～ 2022年3月31日

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    本年度の研究実績は以下のとおりである。松本は伊部と共に高スケール超対称性模型において予言されるウィーノ暗黒物質の検証に関して、そのターゲットとなる矮小楕円体銀河の暗黒物質分布推定の研究を進展させた。前年度に発展させたアルゴリズムを用いて、天体観測で得られた実データを解析し、様々な矮小楕円体銀河のJ因子を評価した。高橋は、超弦理論の４次元低エネルギー有効場の理論に含まれるモヂュライ場は宇宙論的な問題を引き起こす可能性があることが知られており、インフレーション中のモヂュライ場の確率的なダイナミクスを考慮にいれ，インフレーションスケールが十分低ければモヂュライ問題が十分に回避されうることを示した。白井は高スケール超対称性模型での暗黒物質候補について、ハドロンコライダーにおいてソフトトラックを用いた新しい検出方法を提案した。これにより探査法では感度が全く存在しないパラメータ領域も探査が可能になった。柳田は、初期条件としてスクォークとスレプトンの質量を0とする"pure gravity mediation"におけるタキオニック・スレプトンの問題を"Higgsino mediation"を加えることにより解決したが、今年度は、本模型を使いミューオンの異常磁気モーメントを説明できるという重要な結果を得た。野尻は、LHCで主要な解析方法の一つとなる深層学習によるジェットの分析について、深層学習が実際に用いているイベント指標を明らかにし、トップや、ヒッグスを用いた超対称性の探索において系統誤差が大幅に縮小できることを示した。伊部は、暗黒物質セクターと標準模型セクターが鏡像対称となる大統一模型を高スケール超対称模型の枠組みを考察し、両セクターの大統一ゲージ群が全く異なる破れ方をするものの暗黒物質とバリオン質量の間に関係がつき、バリオン暗黒物質偶然一致問題が解決できることを示した。

  7. 極弱相互作用を持つ軽い新粒子の宇宙論的進化と探索

    高橋 史宜, 石渡 弘治, 横崎 統三

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2017年4月1日 ～ 2021年3月31日

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    高橋はダークフォトンがダークマターとなるシナリオにおいて，新たな生成機構を提案した。特に従来難しかった極めて軽い質量をもつダークフォトンが冷たいダークマターとなることがわかった。さらに隠れたセクターにおけるモノポールがアクシオンを通じて標準理論粒子と結合するシナリオを提唱し，そのようなアクシオンが将来実験で見つかりうるパラメター領域およびダークマター直接探査によってモノポールが見つかる領域を同定した。また高橋はaxion-like particleがインフレーションを引き起こした場合に，その質量と崩壊定数の間にシンプルな関係があることを発見し，将来ビームダンプ実験で検証可能な領域があることを示した。石渡はマルチメッセンジャー天文学を活用した暗黒物質探索の研究を遂行した。暗黒物質から発生しうる宇宙線粒子全てを天の川銀河内と銀河外それぞれの領域でシミュレーションし、それらを現在存在する高エネルギー宇宙線観測データ全てと比較し、暗黒物質の性質に迫るコードを完成させた。今回特に着目したのは高エネルギー領域のデータであったが、低いエネルギー領域の宇宙線観測への応用が期待でき、今後の極弱新粒子探索に繋がる研究成果を得ることができた。素粒子論において、世代の数がなぜ３であるかは大きな謎であり、標準模型ではこれを説明することができない。超対称非線形シグマ模型は世代数３を説明する一つの可能性である。横崎は，この模型が超重力と無矛盾であることを要求するとアクシオンの存在が予言されることを示した。このアクシオンは、ABRACADABRA等の将来実験で検出が可能である。

  8. なぜ宇宙は加速するのか？－徹底的究明と将来への挑戦－（国際活動支援班）

    村山 斉, 佐々木 節, 高橋 史宜, 杉山 直, 羽澄 昌史, 宮崎 聡, 高田 昌広, 臼田 知史, 大栗 博司, 小松 英一郎

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：The University of Tokyo

    2015年11月6日 ～ 2020年3月31日

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    本領域では、宇宙の極初期、 また現在の宇宙の加速膨張の物理を解明することを目的とした。本国際共同研究加速基金に関連して、以下の主な研究成果が得られた。本領域の観測、実験研究の国際共同研究を円滑かつ効率的に進めた。若手研究者が中心となり、独立な国際共同研究である宇宙背景放射実験POLARBEARとすばるHyper Suprime-Camのあいだの国際共同研究を成立させ、2つのデータから宇宙構造の重力レンズの物理的相関を世界で初めて検出した(Namikawa et al. 2019)。すばるHSC国際共同研究において、宇宙論パラメータを高精度に測定した(Hikage et al.2019)。

  9. 宇宙の揺らぎと構造の進化、その背後にある物理の究明

    高橋 史宜, 樽家 篤史, 川崎 雅裕, 郡 和範

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：Tohoku University

    2015年6月29日 ～ 2020年3月31日

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    ダークマターは宇宙の構造形成において中心的な役割を果たしたが，その正体は謎に包まれている。本研究において，原始ブラックホールがダークマターの一部を担う可能性およびその生成過程，ダークマターの対消滅や崩壊に対する宇宙論的制限の精緻化，新たなアクシオンや軽いダークフォトンダークマターの生成過程，ハロー形成時に現れるシェルクロッシングと呼ばれる現象のラグランジュ摂動論を用いた記述とヴラソフ-ポアソンシミュレーションとの詳細な比較，インフレーションとダークマターの統一模型構築，スワンプランド仮説に基づくダークマターとダークエネルギーの等曲率揺らぎに関する制限の導出に関して研究成果をあげることができた。

  10. 隠れたセクターの場や粒子が引き起こす多様な宇宙現象を用いた究極理論探査

    小玉 英雄, 井岡 邦仁, 吉野 裕高, 郡 和範, 高橋 史宜, 檜垣 徹太郎, 中山 和則, 小林 達夫, 早田 次郎, 溝口 俊弥, 住友 洋介, 野澤 真人

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    2014年6月27日 ～ 2018年3月31日

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    超弦理論と呼ばれる統一理論が，自然の最も根源的な基本法則であるかどうかを，理論の予言する非常に弱い相互作用をする場や粒子が引き起こす特有の宇宙現象の観測により検証する方策を組織的に探査した．成果として，アクシオンと呼ばれるスカラ場とブラックホールの相互作用から生じる重力波の観測，高エネルギー天体からのガンマ線と赤外線背景放射の観測，アクシオンダークマターを通過する電磁波や重力波の観測，加速器における新粒子探査，宇宙初期インフレーションのCMBによる観測など様々な検証法を提案した．さらに，素粒子標準模型および宇宙現象の双方を整合的に記述する可能性のある超弦理論の例をいくつか具体的に構成した．

  11. 高スケール超対称模型の理論及び現象論的研究

    柳田 勉, 松本 重貴, 野尻 美保子, 伊部 昌宏, 高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：The University of Tokyo

    2014年4月1日 ～ 2017年3月31日

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    LHC実験におけるヒッグス粒子の発見、及び様々な実験・観測における新物理シグナルの未発見を踏まえ、現在最も有望な素粒子模型の一つと考えられている高スケール超対称模型（Pure Gravity Mediation Model）について、理論及び現象論の両側面から研究を行った。本模型における電弱スケールに関する階層性問題の可決案を提案し、ガンマ線観測を用いた（本模型が予言する）暗黒物質の探査を通じて確かな検証が可能であることを示した。

  12. プランク衛星とＬＨＣ実験結果に基づく初期宇宙進化

    高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関：Tohoku University

    2012年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    本研究期間の間にLHC実験およびPlanck衛星による宇宙背景輻射の観測結果が発表された．前者によってヒッグス粒子が見つかり，後者によって宇宙論パラメターが更に精密に決定された．以前から期待されていた標準理論を超える物理（例えば超対称性粒子）や，密度揺らぎの非ガウス性，原始重力波，暗黒輻射，密度揺らぎのスペクトル指数のスケール依存性，等は発見には至らなかった．これらの実験および観測結果を踏まえ，ヒッグス粒子を用いた種々のインフレーション模型構築，ダークマター候補であるアクシオンの初期宇宙進化，モヂュライ崩壊に伴う暗黒輻射生成に関して65本の論文を執筆し国内外の会議において発表した．

  13. ＬＨＣ時代の新しい初期宇宙像

    山口 昌弘, 諸井 健夫, 高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：Tohoku University

    2011年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    LHC実験において、125GeVの質量を持つヒッグス粒子が発見されたことは、素粒子標準模型の確立のみならず、標準模型を超える物理の方向性、さらにそれに基づく宇宙論に大きな影響を与えている。本研究計画ではヒッグス粒子の発見を踏まえ、超対称標準模型に与えるしさの研究、ヒッグス粒子がインフレーションを引き起こす模型、ヒッグスセクターをポータルとする模型での暗黒輻射の研究、さらに超対称Peccei-Quinn模型に基づく宇宙論などについて研究を進めた。

  14. 一般のスピンに対するヘリシティ振幅とＬＨＣにおける標準理論を超える物理現象

    日笠 健一, 高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Tohoku University

    2012年4月1日 ～ 2015年3月31日

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    ヘリシティ振幅は高エネルギーの素粒子反応の記述に有効である。標準理論には存在しないが標準理論を超える新物理において一般に現れる，スピンが1より大きい粒子までを含んだ，ヘリシティ振幅の新しい評価法を開発した。新物理として特に超対称性を持つ理論に対し，LHC加速器での実験において期待される過程を調べた。現在の実験データを用いて，スカラートップクォークの質量に対する制限を導いた。また，擬ゴールドスティーノを含む超対称理論について，将来の高輝度LHCを用いて検証が可能であることを見いだした。

  15. 宇宙論的非線形・非摂動重力現象の研究

    佐々木 節, 田中 貴浩, 白水 徹也, 早田 次郎, 向山 信治, 松原 隆彦, 高橋 史宜, 千葉 剛, 辻川 信二, 石原 秀樹, 山本 一博, 山口 昌英

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Kyoto University

    2009年4月1日 ～ 2015年3月31日

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    宇宙が誕生した直後に起こった宇宙の加速膨張，インフレーションにおいて，現在の宇宙の構造を決める様々な揺らぎが誕生したと考えられている。その揺らぎがどのように進化し，どのような非線形・非摂動的重力現象を通して現在の銀河などの宇宙の大規模構造になったか，という課題は宇宙論の最重要課題の一つである。本研究では，ミクロな量子揺らぎからマクロな宇宙の時空の揺らぎまでのあらゆる階層の揺らぎに対して，総合的かつ系統的な解析を行い，この課題に関して国際的に第一級の成果を数多く上げた。その成果は，今後の宇宙論モデルの研究の重要な指針を与えるものである。

  16. 非ガウス性から探る密度揺らぎの起源と進化

    高橋 史宜

    2012年4月1日 ～ 2014年3月31日

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    Planckの観測発表を受け、密度揺らぎの非ガウス性に対する制限は非常に厳しいものとなった。そこで、カーバトンなどのspectator field模型が満たすべき条件を観測結果発表直後に調べあげ論文として発表した。更に、QCDアクシオンがつくる等曲率ゆらぎとその非ガウス性を解析的及び数値的に求め、この厳しい制限を用いてアクシオンとインフレーションスケールに制限を導くことができた。また等曲率揺らぎの制限を避けるために、QCDアクシオンがインフレーション中に非常に重くなる理論的可能性を追求した。一方、Planck衛星の観測結果を受け、Polynomical chaotic inflationを４次元超重力理論の枠組みで構築した。更に、ごく最近発表のあったBICEP2の結果を説明するHiggs chaotic inflationおよびmulti-natural inflation模型を提唱した。特に、後者においては、通常作るのが非常に困難である大きなrunning spectral indexが生成可能であることを具体的に示し、Planckとのtensionを解く可能性を論じた。このように、現在の宇宙の揺らぎの起源を探ることを第一の目的として研究を進めてきた結果、新しい観測結果と合わせ、その起源の可能性をかなり絞り込むことができた。更に、暗黒物質の有力な候補であるQCDアクシオンに対する制限が非常に厳しいということも、BICEP2の発表後、世界に先駆けて発表することができた。従って、この研究において、学術的な成果を確実にあげ、かつ熾烈な研究競争に勝ったといえる。

  17. アクシオン型モジュライの引き起こす多様な宇宙現象をもちいた余剰次元探査

    小玉 英雄, 太田 信義, 高橋 史宜, 中山 和則, 太田 信義, 柴田 大, 溝口 俊弥, 小林 達夫, 早田 次郎, 郡 和範, 石橋 明浩, 井岡 邦仁, 高橋 史宜, 吉野 裕高, 野澤 真人, 永田 竜, 川中 宣太, 富沢 真也

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：High Energy Accelerator Research Organization

    2010年4月1日 ～ 2014年3月31日

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    究極理論への新たな実験観測ウインドウの開拓を目指して，宇宙物理現象論と超弦理論・超重力理論の双方からアクシオンについて組織的な研究を行い，200編を超える論文を発表した．主な成果は，回転ブラックホールの引き起こすアクシオンボーズノバ現象の数値シミュレーションによる実証とその重力波による観測可能性の発見，高エネルギーガンマ線観測と赤外線放射観測の矛盾をアクシオンにより解消するパラメータの導出，重いモジュライの崩壊により生成されたアクシオンの宇宙背景放射への影響の評価とそれによる余剰空間コンパクト化への制限，アクシオン起源の等曲率ゆらぎや位相的励起生成に基づく素粒子模型への制限の導出などである．

  18. 宇宙初期進化の直接観測に基づく究極理論探査

    小玉 英雄, 川崎 雅裕, 横山 順一, 早田 次郎, 辻川 信二, 向山 信治, 中山 和則, 北澤 良久, 千葉 剛, 白水 徹也, 田中 貴浩, 郡 和範, 高橋 史宜, 野澤 真人, 中山 和則

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：High Energy Accelerator Research Organization

    2009年7月23日 ～ 2014年3月31日

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    本研究では，ゆらぎを軸とした宇宙現象論と重力を含む統一理論に基づく宇宙模型の構築という2つの異なる方向から研究を行い，これまで300編を超える論文を発表した．特に顕著な成果としては，1成分のスカラ場により引き起こされる最も一般的なインフレーション理論の構築とそのCMB観測との比較，整合的な非等方インフレーション模型の構築とその詳細な観測的予言の導出，4次元超重力統一理論に基づいた多様な大変動場インフレーション模型の構築，3次元数値シミュレーションを用いたアクシオン宇宙論の研究に基づく素粒子理論への制限，インフレーション場の量子補正赤外発散問題の解明，多様な修正重力理論の組織的研究が挙げられる．

  19. 低エネルギーインフレーション模型における整合的宇宙論の構築とその観測的検証

    高橋 史宜

    2010年 ～ 2011年

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    インフレーションはビッグバン標準宇理論に内在する平坦性問題、地平線問題、モノポール問題などを一挙に解決し、さらに、現在観測される銀河や銀河団などの構造形成の種となる密度揺らぎをつくりだすことができる。特に最近の精密な宇宙背景輻射の温度揺らぎの観測から強く示唆されている。インフレーション模型は多岐にわたり、実隙にどのようなインフレーションが実現したのかは分かっていない。その中で、低エネルギーインフレーションはストリング理論におけるモヂュライの安定化やグラビティーノ問題の観点から有力な候補である。低エネルギーインフレーションの初期値問題を系統的に調べるという研究計画に基づき、研究をすすめた結果、初期値問題を自然に解決する為には、プラズマと熱的相互作用をし、原点において対称性が回復するnew inflation模型が魅力的であるという結論に至った。そこで80年代の研究動向を探った結果、超対称性の破れとインフレーションスケールに関して重要な関係が看過されている事に気がついた。具体的には、ゲージ相互作用を持つインフラトンがインフレーションを引き起こすためには、超対称性がインフレーションスケールよりも下に無ければならない、という事を初めて示した。更に、ニュートリノ振動実験とシーソー機構からその存在が示唆されているB-Lゲージ対称性に基づく低エネルギースケールインフレーション模型を構築し、超対称性がおよそPeVスケール以下に無ければならない事、それが現在LHC実験で示唆されている標準模型ヒッグス粒子質量と無矛盾であること、さらに、非熱的レプトジェネシス機構が自然に働く事で観測されているバリオン非対称性を説明できることを示した。これは宇宙初期進化と高エネルギー実験を結びつける非常に重要な成果となった。

  20. 素粒子理論に基づくインフレーション宇宙と密度揺らぎの研究

    高橋 史宜

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    2009年 ～ 2011年

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    LHCにおけるATLAS及びCMS実験グループが報告したHiggs粒子の兆候に基づき、そのHiggs質量を自然に説明する100-1000TeVの超対称性の破れの起源について宇宙論的な観点から考察を加えた。特に、U(1)B-Lゲージ対称性におけるヒッグス粒子をインフラトンとするインフレーション模型を提唱し、超対称性の破れのスケールがインフレーションによって決定されているという極めて斬新なアイデアを提案した。

  21. インフレーション宇宙における密度揺らぎの進化と物質及び暗黒物質の起源

    高橋 史宜

    2005年 ～ 2007年

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    本年度は、まずモヂュライからのグラビティーノ生成が、従来考えられていたよりもずっと大きなレートで起こる事を示した。これまではモヂュライ質量を100TeV以上にすればビッグバン元素合成前に崩壊し、問題がないと考えられてきた。しかしながら、我々の発見により、モヂュライ質量を重くするだけでは一般にモヂュライ問題は解けないことが明らかになった。この発見は非常に重要で、モヂュライのstabilization機構に対して強い制限を課す。更に、インフラトンからもグラビティーノを作られる事を示した。この発見によって超重力理論における多くのインフレーションモデルを制限することに成功した。特に、ハイブリッドインフレーション、スムーズハイブリッドインフレーションモデルなどの高エネルギーインフレションモデルに対して激しい制限を課した。また、同時に超対称性の破れを伝える機構に制限を課す。特に、グラビティーメディエイションはほぼ排除された。更に、インフラトンが一般的に超重力効果によってビジブルセクターに崩壊することを発見した。これによりインフラトンによる再加熱が相互作用を手で入れなくても自然に起こることが分かった。従来、再加熱はインフラトンセクターとビジブルセクターの間の相互作用を手で入れて起こすしかないと考えられていたために、フリーパラメターとして扱われてきた。しかしながら、超重力効果による相互作用を通じた再加熱プロセスの発見により、フリーパラメターはなく、インフレーションモデルを決めれば再加熱温度の下限が決まることが分かった。

  22. インフレーション宇宙における物質の起源とその揺らぎの進化

    高橋 史宜

    2003年 ～ 2004年

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    WMAPの観測結果はインフレーションモデルに様々な示唆を与えた。特に大きなスケールにおいて揺らぎが極端に小さい可能性がある事が指摘された。我々は超対称性理論に基づいたインフレーションモデルによってこの様な特徴を持った宇宙背景輻射を生成することが可能である事を示したが、現実的なインフレーションモデルを用いて示したのは我々が最初である。加えて、WMAPの結果はCMBの角度スペクトラムに音波振動によるピークとは異なる振動パターンが存在する可能性を示唆している。我々はインフレーションがつくる初期密度揺らぎに鋭いピークあるいは凹みがあれば、この様な振動パターンが生成されることを示した。更に我々は、従来困難と思われていた、超対称性標準理論の枠組み内でのインフレーションモデルの構築に成功した。このモデルは未発見の超対称性粒子の質量行列にある種の予言をするため、宇宙背景輻射の観測だけではなく近い将来LHCなどのコライダー実験によって検証可能である。 モヂュライと呼ばれる重力的にしか相互作用しないスカラー場の存在が超ひも理論等で予言されている。しかしながら、この様なスカラー場は様々な宇宙論的問題を引き起こす。この問題を解決する為、thermal inflationに代表される様に、大きなエントロピー生成によってモヂュライを薄めるアイデアがあった。しかしながら、thermal inflationはアフレックダインバリオン生成機構と両立しないという問題がある。そこで我々は位相欠陥を用いた新しいエントロピー生成を提案し、モヂュライ問題を解決しつつ、バリオン生成機構と両立しうる事を示した。

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担当経験のある科目(授業) 1

  1. 素粒子物理学特論　東北大学

社会貢献活動 2

  1. 宇宙の始まりと終わり

    2023年9月30日 ～

  2. 宇宙の始まりと終わり

    2022年8月19日 ～