2022 Fiscal Year Annual Research Report
Weak gravity conjectue and its application to particle physics and cosmology
| Project/Area Number |
20H01902
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
野海 俊文 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30709308)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早田 次郎 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00222076)
泉 圭介 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 講師 (90554501)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 弱い重力予想 / スワンプランド / ブラックホール熱力学 / 面積定理 / アクシオン暗黒物質 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、量子重力に特有の整合性条件（一般にスワンプランド条件と呼ばれる）を解明し、その素粒子論・宇宙論的帰結を明らかにすることである。特に、スワンプランド条件の中でも比較的理解の進んでいる「弱い重力予想」に焦点を当てる。2022年度の成果は以下の通り。
野海は、前年度までの研究で進めてきた「弱い重力予想とブラックホール熱力学」の関係を高次形式対称性に拡張した。弱い重力予想は「極限ブラックブレーンの張力と電荷の比がある種の単調性を示す」ことを予言するが、ブラックブレーンの熱力学への量子補正を精査することで、弱い重力予想が「ブラックブレーンのエントロピーの量子補正の正値性」や「散乱振幅のユニタリ性」と密接に関係することを明らかにした。この成果は論文雑誌（査読あり）より出版された。
加えて、スワンプランド条件を導出する新たな手法を開発するために、ブラックホールの蒸発過程のユニタリ性と量子重力における対称性の関係を精査した。ブラックホールの蒸発過程のユニタリ性はホーキング輻射のエントロピーが「ページ曲線」と呼ばれる振る舞いをすることを示唆する。本研究費で雇用されたLau氏らと共同で野海は、各保存電荷セクターにおける量子もつれを測る「symmetry-resolvedエンタングルメントエントロピー」にページ曲線の考え方拡張した。これに基づいて、ページ曲線との整合性から「量子重力に広域対称性が存在しないこと」を議論した。この成果は論文雑誌（査読あり）より出版された。
泉は、重力理論において様々な面が満たすべき「面積定理」を角運動量などのより詳細な情報を含む形に拡張し、その成果を論文雑誌（査読あり）で発表した。
早田は、弱い重力予想の応用先として期待される「アクシオン暗黒物質」の探査を念頭に、そのコヒーレント状態の量子性を精査し、その成果を論文雑誌（査読あり）で発表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
弱い重力予想をブラックホール熱力学の立場から検証するという本研究の当初目的について順調に研究成果を出し、さらにはスワンプランド条件解明に向けた手法についても新たな着想を得た。これらに加え、ブラックーホール熱力学や弱い重力予想との関係も期待される面積定理の研究や、弱い重力予想の応用先と期待されるアクシオン暗黒物質の研究も順調に進んでおり、本研究がおおむね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度に発表した「ページ曲線との整合性」に基づく対称性の研究をさらに推し進めるために、まずはsymmetry-resolvedエンタングルメントエントロピーに対するホログラフィー公式を導出したい。ページ曲線に関する近年の進展で用いられている「ダブルホログラフィー」にこれを応用することで、これまでの「量子ビットを用いたトイモデル」に基づく議論をより現実的な重力理論へと拡張したい。
泉らが進めている面積定理の研究や関連する時空の数理に関する視点をスワンプランド研究に今後応用したい。野海と泉の間ではいくつかのアイディアが出てきているので、これを本研究最終年度には形にしていきたい。
そのほか、早田が進めてきた「宇宙や重力に現れる様々な現象の量子性」の研究で得られた視点をスワンプランド研究にも今後応用していきたい。まだ具体的なアイディアは得られていないが、本研究最終年度も議論を重ねることで、今後の研究の新展開を模索したい。
|
