2022 Fiscal Year Annual Research Report
Probing the Early Universe through Primordial Gravitational Waves Sourced by Matter Fields
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18K13537
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
藤田 智弘 早稲田大学, 高等研究所, 講師(任期付) (20815857)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 宇宙論 / 重力波 / インフレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では極初期宇宙からやってくる原始重力波の生成メカニズムと、その性質を詳しく調べることが主なテーマである。特に初期宇宙において未知の物質が存在した可能性は大きく、それら物質がどのようなときに重力波を放出するのか、放出された重力波にどのような痕跡が残るかを詳しく研究してきた。
研究期間の前半では標準模型に含まれているU(1)ないしSU(2)ゲージ場が観測可能なほど大きな重力波を生成するモデルを検証した。後半では、超ひも理論が予言する未知の存在として、2-form場が同様のメカニズムで重力波を放出した際に、統計的異方性という独特の性質を持った重力波ができることを見出した。昨年度は、さらにこれまでの研究を一般化することに成功し、SU(N)などあらゆる非可換群のゲージ場がインフレーション中に重力波を生成する解を導くことができた。摂動の最低次においてはそれら一般の非可換ゲージ場が放出する重力波は、SU(2)ゲージ場によるものと非常に似ていることが分かった。
上記の物質場による重力波放出以外にも、宇宙初期に存在したかもしれない強い磁場によって光子が重力波に変換されるシナリオ、重力波に重さがあるMassive gravityという理論の非ガウス性、dynamical Chern-Simons理論における重力波の共鳴増幅効果など、原始重力波に関する現象を幅広く研究してきた。
本年度は、SU(3)ゲージ場が重力波を放出するモデルにおいて、宇宙がどのように等方的に進化するかと従来よく調べられてきたSU(2)との違いを研究し、論文にした。SU(3)モデルでは等方宇宙の解が２つ存在し、パラメータによってはその間の遷移が起こる。この現象はU(1),SU(2)では起こらず、重力波の観測によってその痕跡を発見できる可能性があることを示した。
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