Testing the quantum field theory in curved spacetime with the Unruh effect

• Project/Area Number: 16J01780
• 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: 大下 翔誉 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 量子重力理論 / 重力波 / 場の量子論の検証 / 量子情報 / 量子宇宙論

Outline of Annual Research Achievements

重力場における量子論は、統一理論の構築のみならず、宇宙の起源や星の重力崩壊の解明においても極めて重要な役割を担うと考えられている。前年度までは、基礎的な問題として、曲がった時空での場の量子論の解明のために、Unruh効果という加速度系における粒子生成の理論的研究を行ない、その検証可能性まで議論を行ってきた。当該年度においては、強重力場における量子論の検証可能性に対して、重力波の観点からアプローチした。近年検出されたブラックホール連星合体からの重力波によって、量子重力の性質を知ることができるかを理論的に調べたのである。ブラックホール連星合体からの重力波の中でも、特にリングダウン重力波という「ブラックホール合体の十分後に緩和過程として現れる重力波」に注目した。そのリングダウン重力波には、ブラックホールの質量、角運動量とブラックホール地平面付近の境界条件だけで決まる固有振動数のみが含まれている。したがって、もし量子論的な効果で境界条件が修正を受けている場合、ブラックホールの固有振動数、つまりリングダウン重力波に影響が及んでいる可能性があるため、このリングダウン重力波の精細な観測には重要な意義がある。量子重力が効いてくるエネルギースケールで重力波の分散関係がずれている場合に、それがブラックホール合体からの重力波に無視できない規模で影響を及ぼすことを明らかにした。今後、重力波観測は益々精度を上げていくことが期待される。それとともに天体物理だけでなく、ブラックホールの量子論的な性質にも迫れる可能性を示唆したという意味で、本研究は極めて意義深いものである。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Perimeter Institute/University of Waterloo(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Tufts University(米国)
• [Journal Article] Probing microstructure of black hole spacetimes with gravitational wave echoes (2019)
  • Author(s): Oshita Naritaka、Afshordi Niayesh
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 99 Issue: 4 Pages: 044002-044002
  • DOI: 10.1103/physrevd.99.044002
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Compact objects as the catalysts for vacuum decays (2019)
  • Author(s): Oshita Naritaka、Yamada Masaki、Yamaguchi Masahide
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 791 Pages: 149-155
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2019.02.032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Creation of an inflationary universe out of a black hole (2018)
  • Author(s): Oshita Naritaka、Yokoyama Jun'ichi
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 785 Pages: 197-200
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.08.018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Creation of an inflationary universe out of black hole space-time (2018)
  • Author(s): Oshita Naritaka、Yokoyama Jun’ichi
  • Journal Title: International Journal of Modern Physics A Volume: 33 Issue: 31 Pages: 1844005-1844005
  • DOI: 10.1142/s0217751x18440050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The generalized second law of thermodynamics and cosmological decoherence (2018)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 97 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.023510
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of spacetime boundaries in Eisntein's other gravity (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita and Yi-Peng Wu
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 4 Pages: 044042-044042
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.044042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The black hole information paradox and highly squeezed interior quantum fluctuations (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Journal Title: Classical and Quantum Gravity Volume: 34 Issue: 19 Pages: 195002-195002
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa84e3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unruh radiation produced by a uniformly accelerating charged particle in thermal random motions (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita, Kazuhiro Yamamoto, Sen Zhang
  • Journal Title: Second LeCosPA International Symposium. Everything about Gravity (2017) Volume: - Pages: 584-589
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quantum radiateon produced by the entanglement of quantum fields (2017)
  • Author(s): Satoshi Iso, Naritaka Oshita, Rumi Tatsukawa, Kazuhiro Yamamoto, Sen Zhang
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 95 Issue: 2 Pages: 023512-023512
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.023512
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Entropic interpretation of the Hawking-Moss bounce (2016)
  • Author(s): Naritaka Oshita, Jun’ichi Yokoyama
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 051E02 Issue: 5 Pages: 051E02-051E02
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw053
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Rotating quantum black holes and ringdown gravitational waves (2019)
  • Author(s): Oshita Naritaka
  • Organizer: Accelerating Universe in the Dark
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inflationary universes born out of the highly inhomogeneous initial condition (2018)
  • Author(s): Oshita Naritaka
  • Organizer: COSMO18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 非一様時空からの宇宙創生とインフレーション宇宙の初期条件問題 (2018)
  • Author(s): 大下 翔誉
  • Organizer: 日本物理学会秋大会 2018
• [Presentation] Probing microscopic structure of spacetime with ringdown gravitational waves (2018)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: YKIS2018a Symposium General Relativity -The Next Generation-
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spontaneous creation of an inflationary universe out of a black hole (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: COSPA-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing atoms of spacetime with ringdown gravitational waves from a perturbed black hole (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: JGRG 27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stochastic inflation and the second law of thermodynamics (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: RESCEU summer school 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Creation of an inflationary universe out of an evaporating black hole (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: NCTS Workshop on Dark Matter, Particles and Cosmos
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The birth of an inflationary universe in the ultimate fate of an evaporating black hole (2017)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: COSMO-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Firewall paradox and decoherence inside a black hole (2016)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: JGRG26
  • Place of Presentation: 大阪市立大学 （大阪府 大阪市）
  • Year and Date: 2016-10-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hawking-Mossインスタントンのエントロピー的解釈 (2016)
  • Author(s): 大下翔誉
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県 宮崎市）
  • Year and Date: 2016-09-22
• [Presentation] Correspondence between the decoherence of infalling Hawking particles and quantum fluctuations during inflation (2016)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: APcosPA-Planet2 RESCEU summer school
  • Place of Presentation: 臥龍の郷（岐阜県 高山市）
  • Year and Date: 2016-08-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A baby universe from a black hole (2016)
  • Author(s): Naritaka Oshita
  • Organizer: COSMO16
  • Place of Presentation: Michigan, America
  • Year and Date: 2016-08-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] インフレーション機構によるブラックホールの情報喪失問題の解決 (2016)
  • Author(s): 大下翔誉
  • Organizer: 第46回天文・天体物理若手夏の学校
  • Place of Presentation: ホテル圓山荘 （長野県 千曲市）
  • Year and Date: 2016-07-27