ヒッグス・インフレーションで探る重力形式の違い

• Project/Area Number: 19H01899
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tokyo Woman's Christian University (2020-2023); Osaka University (2019)
• Principal Investigator: 尾田 欣也 東京女子大学, 現代教養学部, 教授 (60442943)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: インフレーション / 量子重力 / 宇宙 / ヒッグス / 重力 / パラティニ / 局所ローレンツ対称性 / ヒッグスインフレーション / 陽子崩壊 / 大統一理論 / 局所ローレンツ

Outline of Research at the Start

究極的には、量子重力の力学変数は何なのか?の探求を通じて、量子重力の完成に向かって意味のある貢献をしたい。具体的には、ヒッグス・インフレーションの予言が、重力理論の定式化の違いによりどのように変更を受けるのかを詳細かつ網羅的に調べることにより、近い将来に確認できる宇宙背景マイクロ波および重力波輻射の予言がどのようにミニマル模型からずれていくのかを調べ、実際の観測結果と照合することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2021年度、相対論的量子力学、宇宙膨張モデル、重力波、そして二重インフレーションに関する4つの論文を執筆した。
1つ目の論文では、完全にローレンツ不変な波束を定義し、その位置と運動量の不確定性関係が通常のハイゼンベルクの不確定性原理から逸脱し、非相対論的な極限では普通のものに戻ることを示した。
2つ目の論文では、2つのヒッグス・ダブレットを含むR2-ヒッグスインフレーションモデルを研究した。その結果、4つのスカラー場がインフレーションの進行に関与しているモデルでも、R2-ヒッグスインフレーションが成功するパラメータ空間ではインフレーションのダイナミクスが単一のスローロール形式で実効的に記述できることを見つけた。
3つ目の論文では、多重臨界点原理(MPP)がプランクスケールと電弱スケールとの間の大きな階層を自然に説明することを考慮し、重力波に関する研究を行った。また、早期宇宙におけるTeVスケール温度で初期宇宙における一次相転移を見つけた。
最後の論文では、スペクテーター場が非最小的に重力と結合すると、二重インフレーションが起こる可能性を提唱した。具体的には、初期のインフレーション場が最小的に結合されている一方で、スペクテーター場が非最小的に重力と結合する二場インフレーションモデルを研究した。
以上、2021年度の研究活動は、宇宙膨張理論の独自の視点から新たな知見を得ることに重点を置いていた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2021年度の研究進捗は、計画通り、またはそれ以上に進んでおり、その結果は、4つの論文の形で公にされた。
1つ目の論文では、完全なローレンツ不変性を持つ波動パケットの新しい定義が提唱され、その適用範囲と限界が示された。この業績は、相対論的量子力学の理解を深めるための基礎的なステップとなった。
2つ目の論文では、2つのヒッグス・ダブレットを持つR2-ヒッグスインフレーションモデルを研究し、新たな洞察を提供した。これにより、理論的な背景を強化し、さらなる研究の道筋を示した。
3つ目の論文では、多重臨界点原理(MPP)の視点から重力波に対する新たな理解を提供した。この成果は、早期宇宙の物理に関する理論的な洞察を深めることに貢献した。
最後の論文では、非最小的に重力と結合するスペクテーター場が二重インフレーションを引き起こす可能性を示した。これは、インフレーション理論に新たな視点を提供した。
これらの結果は、研究計画が順調に進展していることを示している。具体的な結果とともに、それぞれの研究テーマについての理論的な理解を深め、さらなる研究の道筋を示している。

Strategy for Future Research Activity

得られた成果を基に以下の方策で推進する。
第一に、ローレンツ不変な波束とその不確定性関係についての初期研究の、さらなる物理的状況や異なるフレームワークへの拡張を求める。これは、相対論的量子力学の理解を一層深め、新たな物理的効果や現象を明らかにする可能性がある。
次に、R2-ヒッグスインフレーションの理論的枠組みをさらに深化し、特に多くのスカラー場がインフレーションに関与する場合のダイナミクスを理解する。そのためには、新たなパラメータ空間の探索や、既存のパラメータ空間での精密な数値計算が重要となる。
さらに、多重臨界点原理(MPP)と重力波の関連性についての研究を続ける。特に新たな物理効果の探索や、MPPが他の物理的原理や観測とどのように関連するかを探ることが重要である。
最後に、非最小的に重力と結合するスペクテーター場が二重インフレーションを引き起こす可能性についての理論的な理解を深める。これには、さまざまな初期条件や異なるパラメータの影響を詳細に調べることが含まれる。
これらの方策により、研究がさらに進展し、新たな発見と理解をもたらす可能性を高める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universitaet Heidelberg(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Yonsei University/Seoul National University(韓国)
• [Int'l Joint Research] National Taiwan University/National Center for Theoretical Sciences(その他の国・地域（台湾）)
• [Int'l Joint Research] Harvard University(米国)
• [Int'l Joint Research] Universidad Complutense de Madrid(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Harvard University(米国)
• [Int'l Joint Research] Seoul National University/IPAP, Seoul/Yonsei University(韓国)
• [Int'l Joint Research] Heidelberg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Yonsei University(韓国)
• [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Universite de Paris, CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] Heidelberg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Jilin University(中国)
• [Journal Article] The R^2-Higgs inflation with two Higgs doublets (2022)
  • Author(s): Lee Sung Mook、Modak Tanmoy、Oda Kin-ya、Takahashi Tomo
  • Journal Title: The European Physical Journal C Volume: 82 Issue: 1
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-021-09978-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gravitational waves in models with multicritical-point principle (2022)
  • Author(s): Hamada Yuta、Kawai Hikaru、Kawana Kiyoharu、Oda Kin-ya、Yagyu Kei
  • Journal Title: The European Physical Journal C Volume: 82 Issue: 5 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-022-10440-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Double inflation via non-minimally coupled spectator (2022)
  • Author(s): Kubota Mio、Oda Kin-ya、Rusak Stanislav、Takahashi Tomo
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 2022 Issue: 06 Pages: 016-016
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2022/06/016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A complete set of Lorentz-invariant wave packets and modified uncertainty relation (2021)
  • Author(s): Oda Kin-ya、Wada Juntaro
  • Journal Title: The European Physical Journal C Volume: 81 Issue: 8
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-021-09482-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Minimal scenario of criticality for electroweak scale, neutrino masses, dark matter, and inflation (2021)
  • Author(s): Hamada Yuta、Kawai Hikaru、Kawana Kiyoharu、Oda Kin-ya、Yagyu Kei
  • Journal Title: The European Physical Journal C Volume: 81 Issue: 11 Pages: 962-979
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-021-09735-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Higgs inflation in metric and Palatini formalisms: Required suppression of higher dimensional operators (2020)
  • Author(s): R. Jinno, M. Kubota, K. Oda, S. C. Park
  • Journal Title: JCAP Volume: 2003 Issue: 03 Pages: 063-063
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/03/063
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Proton Decay and Axion Dark Matter in SO(10) Grand Unification via Minimal Left-Right Symmetry (2020)
  • Author(s): Y. Hamada, M. Ibe, Y. Muramatsu, K. Oda, N. Yokozaki
  • Journal Title: Eur.Phys.J. Volume: C80 Issue: 5 Pages: 482-482
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-020-7922-x
  • NAID: 120006959185
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Inflation basics for experimentalists (2021)
  • Author(s): Kin-ya Oda
  • Organizer: 24th meeting on physics at B factories, Zoom Meeting, 3 September 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Gravity from hidden local Lorentz symmetry (2020)
  • Author(s): Kin-ya Oda
  • Organizer: Particle Physics and Cosmology 2020
  • Invited
• [Presentation] 波束効果を含めた場の理論 (2019)
  • Author(s): 尾田欣也
  • Organizer: 素粒子現象論研究会 2019
  • Invited