2022 Fiscal Year Research-status Report
修正重力理論における非線形ダイナミクスと超弦理論の検証
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18K03630
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鳥居 隆 大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 教授 (00360199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
真貝 寿明 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (30267405)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 修正重力理論 / 高次元時空 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は修正重力理論として超弦理論から導出される高次曲率項を含んだ理論（Gauss-Bonnet重力理論およびdilaton場を含んだ理論）において，解析的および数値的手法を駆使して非線形ダイナミクスの一端を明らかにし，理論や時空次元による定性的・定量的違いを評価することを目的としている。そのために (A)モデルの定式化と数値コードの開発を行い，具体的な物理現象として (B)ブラックホールと時空特異点 (C)重力波伝播 (D)宇宙進化モデルを調べる。
2022年度（令和４年度）は，dilaton場を含むGauss-Bonnet重力理論と一般化されたHorndeski理論のN+1分解のコード開発 (A) を継続している。dilaton場と曲率高次項との結合が複雑で，(n+1)分解による解析を一時中断して，光伝播座標を用いたコード開発を行なった。(B)では高次曲率項を含んだ理論において加速するブラックホールの特異点の性質を調べた。新たな解を導出し，理論がより豊富なブラックホール解の族を含むことを示し，また，静止している場合は特異点は事象の地平面に隠されているのに対し，少しでも加速すると，オブジェクトの進行方向から特異点が観測可能になり，宇宙検閲官仮説を破っていることを明らかにした。(C)では引き続き，観測される重力波と理論を比較できるよう解析を進めた。共同研究者の真貝が参加しているLIGO-VIRGO-KAGRAの重力波国際共同研究も本格的に動き出した。
アウトリーチ活動や教育活動では，宇宙をテーマした課題解決型授業，市民講座も継続している。また，共同研究者の真貝も宇宙研究の解説記事などを出している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
解析的な理論計算に関しては新たな視点からの解析結果も得られ，概ね当初の予定どおりに研究が進んでいる。一方，コード開発では依然として遅れが生じている。スカラー場の導入や曲率高次項との結合により，解くべき方程式系が非常に複雑になっていることが原因で，部分的に項を絞ったモデル以外では，色々と試してみたが，通常の(N+1)分解の手法や光伝播座標によるアプローチでは数値計算が収束しない。光伝播座標において特性を生かしたコード作成を試し，同時に別の手法を考案しているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
Gauss-Bonnet項とdilaton場を含んだ重力理論において，ブラックホール界と時空特異点は豊富な物理学的内容を含むことが明らかになり，今度はより詳しく解析を行う。まずは，電荷を持った解の分類とその性質の解明が途中段階ので，それらの解析を遂行する。この研究はワームホール解とも関係するので，これまでの宇宙項と質量項の問題を発展的に継続する。コード開発では光伝播座標を曲率高次項の振る舞いを精査しながら，特性を生かした数値コード開発を進めていく。
こうした研究の社会へのフィードバックとして，理科教育分野における発信を継続していく。PBL型授業の実践，その手法の開発と報告などがこれに対応する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症拡大防止のため，関連する学会や研究会が中止，またはオンライン開催となり，それらに予定していた旅費が次年度使用分に回っている。翌年度は新型コロナ感染症が５類に移行するため，学会や研究会への現地参加のための旅費に使用するとともに，必要な物品と関連図書などの購入を計画している．
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