原始揺らぎの非ガウス性の符号で検証する弦理論の基本原理

• Project Area: Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
• Project/Area Number: 18H04352
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 野海 俊文 神戸大学, 理学研究科, 助教 (30709308)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: インフレーション / 原始揺らぎの非ガウス性 / 弦理論 / 散乱振幅 / 低エネルギー有効理論 / インフレーション宇宙 / 非ガウス性 / 弱い重力予想 / 共形場理論

Outline of Annual Research Achievements

場の量子論の基本原理である「散乱振幅の解析性やユニタリー性」は弦理論構築の際に重要な役割を果たしており、弦理論を特徴付ける中心的な原理と広く認識されている。本研究の目的は、人類が到達できる最高エネルギースケールの現象である「インフレーション宇宙」、特に「原始揺らぎの非ガウス性」、を用いてこれらの原理を検証するための理論的枠組みを構築することである。２年間の本研究期間ではこの目標に向けて主に以下の２点に注力した。
１．運動量空間における共形相関関数の研究：散乱振幅の解析性やユニタリー性の重要な帰結として、低エネルギー有効相互作用として現れる高階微分項の符号が決定できることが知られている。このような「正値性条件」を原始揺らぎの非ガウス性を用いて検証することは弦理論の基本原理の検証に繋がる。原始揺らぎの非ガウス性に対する「正値性条件」導出に向けて、本研究期間中には原始揺らぎと同じ対称性を持つ共形４点関数の基底を構築することに成功し、関連する共著論文を３編出版した。現在、これらの結果を応用し、原始揺らぎの非ガウス性の符号を解析性等から決定する方法を開発している。
２．原始揺らぎの符号と重い粒子のスピンの関係：先に述べた「有効相互作用に対する正値性条件」は理論に対する普遍的な整合性条件である一方で、「その背後にある重い粒子のスピン」など理論の詳細な情報が失われる点が現象論的には不満足である。正値性条件の研究を進める過程で「正値性条件が適用できない有効相互作用にあえて着目することで、高エネルギー理論のより詳細な情報が得られるのではないか」という着想を得た。本研究期間中には、最初のステップとして平坦時空における散乱振幅を考え、その解析性等を用いることで「有効相互作用の符号と重い粒子のスピンの関係」を明らかにし、非ガウス性への示唆を議論した。これらの結果に基づき共著論文を１編出版した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Chulalongkorn University(タイ)
• [Int'l Joint Research] Hong Kong Univ. of Sci. and Tech.(中国)
• [Int'l Joint Research] National Taiwan University/National Tsing Hua University(その他の国・地域（台湾）)
• [Int'l Joint Research] University of Wisconsin-Madison/Stony Brook University(米国)
• [Int'l Joint Research] Queen Mary University(英国)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] 香港科技大学(中国)
• [Int'l Joint Research] ユトレヒト大学(オランダ)
• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学/ニューヨーク州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] チュラロンコン大学(タイ)
• [Journal Article] Momentum space approach to crossing symmetric CFT correlators. Part II. General spacetime dimension (2019)
  • Author(s): Isono Hiroshi、Noumi Toshifumi、Shiu Gary
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Issue: 10 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1007/jhep10(2019)183
  • NAID: 120006813354
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heavy spinning particles from signs of primordial non-gaussianities: beyond the positivity bounds (2019)
  • Author(s): Kim Suro、Noumi Toshifumi、Takeuchi Keito、Zhou Siyi
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Issue: 12 Pages: 1-28
  • DOI: 10.1007/jhep12(2019)107
  • NAID: 120006873055
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Momentum space conformal three-point functions of conserved currents and a general spinning operator (2019)
  • Author(s): Isono Hiroshi、Noumi Toshifumi、Takeuchi Toshiaki
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2019 Issue: 5 Pages: 1-40
  • DOI: 10.1007/jhep05(2019)057
  • NAID: 120006634681
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unitarity bounds on charged/neutral state mass ratios (2019)
  • Author(s): Chen Wei-Ming、Huang Yu-tin、Noumi Toshifumi、Wen Congkao
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Issue: 2 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.025016
  • NAID: 120006813351
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Weak Gravity Conjecture from Unitarity and Causality (2019)
  • Author(s): Hamada Yuta、Noumi Toshifumi、Shiu Gary
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 123 Issue: 5 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.051601
  • NAID: 120006813353
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] S-matrix unitarity and renormalizability in higher-derivative theories (2019)
  • Author(s): Abe Yugo、Inami Takeo、Izumi Keisuke、Kitamura Tomotaka、Noumi Toshifumi
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2019 Issue: 8 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz084
  • NAID: 120006813352
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effective field theory of time-translational symmetry breaking in nonequilibrium open system (2019)
  • Author(s): Hongo Masaru、Kim Suro、Noumi Toshifumi、Ota Atsuhisa
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 1902 Issue: 2 Pages: 1-36
  • DOI: 10.1007/jhep02(2019)131
  • NAID: 120006599125
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Searching for Bispectrum of Stochastic Gravitational Waves with Pulsar Timing Arrays (2019)
  • Author(s): Tsuneto Makoto、Ito Asuka、Noumi Toshifumi、Soda Jiro
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 1903 Issue: 03 Pages: 032-032
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2019/03/032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Higgs mechanism in nonlocal field theories (2018)
  • Author(s): Hashi Manami Noumi、Isono Hiroshi、Noumi Toshifumi、Shiu Gary、Soler Pablo
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 1808 Issue: 8 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1007/jhep08(2018)064
  • NAID: 120006510196
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Momentum space approach to crossing symmetric CFT correlators (2018)
  • Author(s): Isono Hiroshi、Noumi Toshifumi、Shiu Gary
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 1807 Issue: 7 Pages: 1-40
  • DOI: 10.1007/jhep07(2018)136
  • NAID: 120006496741
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Enlarging the Scope of the Cosmological Collider: Beyond the Positivity Bounds (2020)
  • Author(s): Toshifumi Noumi
  • Organizer: Miyazaki Workshop on Particle Physics and Cosmology 2020
  • Invited
• [Presentation] Enlarging the Scope of the Cosmological Collider: Beyond the Positivity Bounds (2019)
  • Author(s): Toshifumi Noumi
  • Organizer: Dutch Theoretical Cosmology Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cosmic inflation as a very high energy particle detector (2019)
  • Author(s): Toshifumi Noumi
  • Organizer: 44th Vietnam Conference on Theoretical Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アクシオンと量子重力 (2018)
  • Author(s): 野海俊文
  • Organizer: 日韓共同 1 day ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 弱い重力予想と現象論 (2018)
  • Author(s): 野海俊文
  • Organizer: 基研研究会 素粒子物理学の進展２０１８
  • Invited
• [Presentation] 加速膨張宇宙と非平衡系の場の理論 (2018)
  • Author(s): 野海俊文
  • Organizer: 基研研究会 非平衡系の物理学－階層性と普遍性－
  • Invited
• [Presentation] A Tower Weak Gravity Conjecture from Infrared Consistency (2018)
  • Author(s): Toshifumi Noumi
  • Organizer: Simons Summer Workshop 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Primordial non-Gaussianities as a particle collider (2018)
  • Author(s): Toshifumi Noumi
  • Organizer: KEK ph 2018 winter
  • Int'l Joint Research / Invited