2016 Fiscal Year Research-status Report
微分重力結合した素粒子模型とインフレーション宇宙の融合的研究
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16K17712
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| Research Institution | Gunma National College of Technology |
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Principal Investigator |
渡辺 悠貴 群馬工業高等専門学校, 一般教科(自然科学), 講師 (80644731)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 宇宙物理（理論） / 初期宇宙 / インフレーション宇宙 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スカラー場が曲率テンソルと非ミニマルに様々な形で結合し、場の方程式に置いて高階の項がうまく打ち消し合い、かつ一般共変性を損なわない重力理論において、多様なインフレーション模型が構築できることが先行研究により示されている。このような可能性により例えば、素粒子標準模型のヒッグス場が非ミニマルな重力結合を持つことによりインフレーションを起こす場の役割を果たすことが期待される。同時に非ミニマルな重力結合の関数自由度が大きいため、理論模型の峻別が必要である。
本研究では当該模型のインフレーション後のスカラー場振動期において、曲率ゆらぎの時間発展を解析した。この結果、ミニマル結合した重力理論（一般相対性理論）におけるインフレーション模型と異なり、ニュートンポテンシャルが超ホライズンスケールで非常に大きな値に成長する可能性があることが示された。もし非常に大きな値になりその影響が放射優勢期まで残れば、線形摂動解析が破綻し、宇宙マイクロ波背景放射の観測値に対する理論的予言が非常に困難になる。またそのようなクラスのインフレーション模型は宇宙観測と整合性が取れないため、支持されないということになる。
この成果により微分重力結合したインフレーション模型の峻別がある程度可能になったと言える。今後の研究では、曲率ゆらぎの解析をサブホライズンスケールに拡張することにより、インフレーション後のスカラー場振動期においてさらなる摂動的不安定性を明らかにしていく予定である。これにより大スケールの宇宙温度ゆらぎ以外にも観測可能なシグナルが当該模型の枠組みにおいて示唆されるかもしれない。そうすればインフレーション模型の峻別が可能になり、最終的にはインフレーションを起こす場の正体に迫ることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は研究実施計画に基づき、微分重力結合したインフレーション模型に対する定量的予言を与えることを目標とした。スカラー場がヒッグス場やアクシオン場と同定できる場合について、インフレーション後のスカラー場振動期における曲率ゆらぎの摂動的解析を行い、研究実績の概要に示したような非自明な結果を得た。ベクトル場やスピノール場はまだ解析に含めていないが、これらは次年度以降に量子補正の研究を推進する際に重要になってくるものと考えられる。
本年度の結果は当初予期していなかったものであるため、曲率ゆらぎの解析を小スケールに拡張することにより、さらなる摂動的不安定性を明らかにしていく予定である。これによりさらなる微分重力結合したインフレーション模型の峻別が可能になると期待される。
上記の内容は大スケールのゆらぎについて１編の論文として発表されている。また小スケールのゆらぎについては論文にまとめている最中である。
以上の理由により本年度の目標は概ね達成できたといえる。また、研究実施計画では予期されていなかった結果を含む成果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、曲率ゆらぎの解析をサブホライズンスケールに拡張することにより、インフレーション後のスカラー場振動期においてさらなる摂動的不安定性を明らかにしていく予定である。これにより大スケールの宇宙温度ゆらぎ以外にも観測可能なシグナルが当該模型の枠組みにおいて示唆されるかもしれない。そうすればインフレーション模型の峻別が可能になり、最終的にはインフレーションを起こす場の正体に迫ることが期待される。
研究実施計画にあるように素粒子相互作用の量子補正の効果を含めて、標準模型と重力微分結合したインフレーション宇宙模型の研究を推進していく予定である。
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| Causes of Carryover |
現在使用している計算機器を予定より長く使用しているため。また海外出張に関して先方と予定が合わず、日程が延期されたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
海外出張を夏またはそれ以降に先方と予定を協議して実施する。また計算機器の更新を行う。
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