拡張した重力理論による素粒子模型とインフレーション宇宙の融合

• Project/Area Number: 14J09337
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 渡邉 悠貴 東京大学, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 国際研究者交流（ドイツ、ギリシャ） / 国際情報交換（ドイツ、ギリシャ）

Outline of Annual Research Achievements

プランク天文衛星による最新の宇宙マイクロ波背景放射(CMB)観測は、多くのインフレーション模型を排除することに成功した。驚くべきことに、最も単純な２乗や４乗ポテンシャルによるカオティック・インフレーション模型は観測的に排除されることとなった。
この観測により、より好まれる模型は拡張した重力相互作用を含むものである。そこで私はヒッグスボソンが重力的に非ミニマルな微分結合を持つインフレーション模型において、観測データと無矛盾に曲率揺らぎと重力波揺らぎが生成されることを示した。この模型が宇宙進化を通してユニタリー性を満たす可能性についても明らかにした。
最も単純な重力理論の拡張であるR2インフレーション模型が、観測値の中心を指し示している。したがって、この模型は近年急速に国際的な注目を浴びている。私はこの模型でのインフレーション後の宇宙再加熱期において、パラメタ共振現象による時空揺らぎの成長について詳細に調べた。その結果、フリードマン宇宙の中では揺らぎがあまり成長せず、局在するようなソリトンは生成されないことを明らかにした。
R2インフレーション模型を超重力理論へと拡張した模型について、宇宙再加熱過程がどのように起こるか調べた。その結果、主なインフラトンの崩壊チャンネルは量子アノマリーによって引き起こされることを明らかにした。さらにはグラビティーノ質量についても許容される範囲を示した。
上記の模型は不安定自由度の出てこない最も一般的な二階微分スカラー・テンソル重力理論に含まれる。しかし、2014年に高階微分を含むが不安定自由度の出ない理論が提唱されて、定説が覆された。私はこの理論においてVainstein半径と呼ばれるスカラー重力遮蔽が働く距離の内側であっても、星などの静的球対称な重力源の内側で遮蔽機構が十全に働かないことを明らかにした。成果を論文誌と国内外の学会で発表した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Reheating processes after Starobinsky inflation in old-minimal supergravity (2015)
  • Author(s): Takahiro Terada, Yuki Watanabe, Yusuke Yamada and Jun'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: - Issue: 2 Pages: 0-25
  • DOI: 10.1007/jhep02(2015)105
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Breaking of Vainshtein screening in scalar-tensor theories beyond Horndeski (2015)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi, Yuki Watanabe, Daisuke Yamauchi
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 91 Issue: 6 Pages: 064013-064013
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.064013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] No quasi-stable scalaron lump forms after R2 inflation (2014)
  • Author(s): Naoyuki Takeda and Yuki Watanabe
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 90 Issue: 2 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1103/physrevd.90.023519
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-unitarization of New Higgs Inflation and compatibility with Planck and BICEP2 data (2014)
  • Author(s): Cristiano Germani, Yuki Watanabe, and Nico Wintergerst
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 14 Issue: 12 Pages: 0-16
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2014/12/009
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ヒッグス凝縮場による非一様再加熱からの宇宙論的制限 (2015)
  • Author(s): 渡邉 悠貴, Jonathan White
  • Organizer: 第70回日本物理学会
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Self-unitarization of New Higgs Inflation and compatibility with Planck and BICEP2 data (2015)
  • Author(s): Yuki Watanabe, Cristiano Germani, and Nico Wintergerst
  • Organizer: 第４回UTQuest国際研究会 B-mode Cosmology
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構
  • Year and Date: 2015-02-19 – 2015-02-21
• [Presentation] Self-unitarization of New Higgs Inflation (2014)
  • Author(s): Yuki Watanabe, Cristiano Germani, and Nico Wintergerst
  • Organizer: 国際会議JGRG24
  • Place of Presentation: 東京大学柏
  • Year and Date: 2014-11-13
• [Presentation] New Higgs Inflation vs. Starobinsky Inflation: status after Planck2013 and BICEP2 results (2014)
  • Author(s): Yuki Watanabe
  • Organizer: 国際研究会 Cosmology after Planck
  • Place of Presentation: 独ミュンヘン宇宙素粒子物理学研究所
  • Year and Date: 2014-09-04
  • Invited