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学部生に伝える研究最前線　なぜ宇宙のゆらぎはガウス分布に従うか？　 なぜ宇宙のゆらぎはガウス分布に従うか？ 横山 順一（ビッグバン宇宙国際研究センター 教授） 私たちの暮らすマクロな世界では，ある時刻でボールの位置と速度を指定すれば，それがいつどこに到達するか，不定性なく予言できる。しかし，ミクロな世界で成り立つ量子論では，例えば電子のような粒子も波としての性質を持っている。波はボールのような塊と違って，一波長分の長さを見るか，一波長が通過するだけの時間をかけて観測してはじめて，そこにあるとわかる。つまり時間と空間の両方をピンポイントで指定することはできないのだ。その不定性こそがゆらぎの正体である。さらに，素粒子どうしの相互作用を表す場の量子論では，素粒子の存在数自体もゆらぎを持つことになる。このことは真空中であっても，仮想的な粒子が生まれたり，消えたり，ぶつかり合ったり，ほかの仮想粒子に変化したりする，ということを意味する。 インフレーションという急膨張によってすべての物質のエネルギーは急激に薄められてしまうので，宇宙は実質的に真空状態になる。そのため，インフラトンの量子ゆらぎも，真空中でのゆらぎと同じ性質を持つことになる。場の量子論によると，真空中でほかの粒子とぶつかったり相互作用したりしない素粒子場のゆらぎは，ガウス統計にしたがうことが示されている。一方，インフラトンが真空にあっても，自分自身や他の素粒子場とぶつかり合ったりする相互作用の影響を取り入れると，ガウス分布からのズレが見られることになる。 逆に言うと，観測によってガウス分布からのズレが発見できれば，インフレーションの素粒子場がどんな相互作用をしていたか知ることができるのである。これは最遠の宇宙全方向からやって来る宇宙の最古の光子，宇宙マイクロ波背景放射の温度ゆらぎを観測することによって検出できる。ところが，アメリカのウィルキンソン・マイクロ波異方性探査機（Wilkinson Microwave Anisotropy Prode：WMAP），欧州のプランク（Plank）衛生いずれの観測によってもガウス分布からのズレは見つかっていない。 私たちはこのほど，ガウス分布からのズレをもたらすこのような相互作用があると，真空のゆらぎどうしがぶつかり合って温度ゆらぎの振幅が大きく変化してしまうことを見いだし，観測されている振幅（10万分の1という小さな値である）とは整合性を持てないことを示した。すなわち，ゆらぎの振幅を正しく予言できる理論は，同時にゆらぎの統計が高い精度でガウス分布に一致することを予言することを発見したのである。このことは，素粒子の場の量子論を宇宙初期に応用してはじめて出てきたことであり，その結果が宇宙最遠の光子を観測するプランク探査衛星の観測結果に表れているというのはとても興味深いことであるといえる。   図：インフラトンの相互作用があると高密度領域と低密度領域の数にズレが生じるが，相互作用が強すぎると密度の不均一性（凸凹）が大きくなりすぎて，観測と矛盾することになるので，インフラトンの相互作用は強く抑制され，高密度領域と低密度領域が同数できるガウス統計に従う 本研究成果はJ. Kristiano and J. Yokoyama, Phys. Rev. Lett. 128, 061301（2022）に掲載された。　 （2022年2月10日プレスリリース） 理学部ニュース2022年5月号掲載   学部生に伝える研究最前線>     News Press Releases 2024年 2023年 2022年 2021年 News 受賞・表彰 2024年 2023年 2022年 2021年 総長賞・学修奨励賞・研究奨励賞 受賞者一覧 お知らせ Features 理学部ニュース トピックス 2024年 2023年 2022年 2021年 理学エッセイ 理学のタマゴ 理学のススメ 未来へのとびら 理学の研究者図鑑 理学の謎 １+１から∞の理学 学部生に伝える研究最前線 理学の本棚 学生支援室よりみなさんへ・男女共同参画委員会よりみなさんへ 温故知新 英語で伝える科学 理学部見聞録 リガクル YouTubeチャンネル Events 理学部公開講演会 オープンキャンパス 高校生講座 女子中高生イベント 東京大学理学部ホームカミングデイ サイエンスカフェ 臨海実験所 植物園本園・分園 木曽観測所 過去に開催したイベント イベント通知メールの登録 サイエンスギャラリー イメージバンク 全て 建物 人 歴史 設備 教育 研究 物理学専攻 天文学専攻 地球惑星科学専攻 化学専攻 生物化学専攻 生物科学専攻 臨海実験所 植物園 地殻化学実験施設 天文学教育研究センター 数理科学研究科 学務からのお知らせ News Press Releases News 受賞・表彰 お知らせ Features 理学部ニュース リガクル YouTube Events サイエンスギャラリー イメージバンク 理学系について 研究科長からのご挨拶 憲章 組織 機構図・役職 窓口一覧(学内限定) 研究者 共有施設 理学図書館 小柴ホール・共通講義室 歴史 ロゴ 理学部概要・パンフレット 会議資料 教授会議事録 会議資料サイト(学内限定) 研究 最新の研究成果 専攻紹介 附属施設紹介 素粒子物理国際研究センター 研究倫理 入学案内 学部 アドミッションポリシー 学士入学 GSC 学部研究生 学部聴講生 奨学金 大学院 --> 大学院 アドミッションポリシー 修士課程 博士課程 GSGC 外国人特別選考 外国人研究生 大学院研究生 特別聴講学生 奨学金 教育 学部教育 お知らせ 学科紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 科目ナンバリング 授業評価アンケート 大学院教育 お知らせ 専攻紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 産学連携プラットフォーム 科目ナンバリング 国際 ダブルディグリープログラム 受入れプログラム 学生の声 UTRIP GSC GSGC その他プログラム 派遣プログラム 学生の声 SVAP UGRASP GRASP その他プログラム 支援 奨学金・経済的支援 就職情報・キャリア支援 キャンパスライフ 保健センター 学生支援室 育児支援室・休養室 ハラスメント相談体制 ダイバーシティ＆インクルージョン 男女共同参画室 バリアフリー支援室 国際支援 留学生 外国人研究者・教員 在学生向け留学情報 研究者の海外派遣情報 グローバル化支援(学内) ETHZとの戦略的パートナーシップ(SPUR) 研究科支援 研究支援総括室 情報システムチーム 技術部 広報室 環境と安全 環境安全管理室 放射線管理室 研究資金 卒業生・修了生 同窓会 各種証明書交付申請のご案内 寄付のご案内 基金紹介 寄付金の活用事例 寄付者からのコメント 社会貢献 --> 社会貢献 公募 アクセス お問い合わせ 撮影・取材について ポリシー サイトマップ facebook twitter YouTube instagram spotify © 2024 東京大学 大学院理学系研究科 広報委員会 ↑