2014 Fiscal Year Research-status Report
拡張された重力理論における宇宙の加速膨張機構と三大物質組成の起源の研究
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25800136
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
馬塲 一晴 お茶の水女子大学, 理学部, 学部教育研究協力員 (60608719)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | インフレーション / 現在の宇宙の加速膨張 / 暗黒エネルギー / 暗黒物質 / F(R)重力理論 / 大域的原始宇宙磁場 / 原始重力波 / バウンス宇宙論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はBICEP2実験の原始重力波に関する解析結果並びにPlanck衛星の観測結果と整合するF(R)重力理論について詳しく考察した。主な研究内容は次の三項目にまとめられる。
(1) インフレーションに関する三つの観測量：曲率揺らぎのスペクトル指数、その波数依存性を表すランニング、及び初期密度揺らぎのテンソル型揺らぎ（原始重力波）のスカラー型揺らぎに対する振幅比（テンソル／スカラー比）を用いて、宇宙の加速膨張を説明するスカラー場理論理、想流体模型、そしてF(R)重力理論がどのように記述され得るかを明らかにした。またトレースアノマリーと呼ばれる量子異常項を取り入れた重力理論において、スタロビンスキーモデルの拡張に相当するインフレーションモデルを構築した。加えてジョルダン系とアインシュタイン系という二つの共形系では、F(R)重力理論は1-ループの量子補正のレベルで同等であることを示した。
(2) 素粒子理論における強い相互作用のCP対称性の破れを解決するために導入されるアクシオンという擬スカラー場とスカラー場の双方が電磁場と結合する場合を考察し、電磁場の共形不変性の破れに伴って生成される大域的磁場、さらに曲率揺らぎの非ガウス性、そしてテンソル／スカラー比、これら三つの観測量がPlanck衛星から得られた最新の精密な観測結果と整合し得ることを示した。
(3) 弦理論から示唆されるガウス＝ボンネ項という重力の2次の量子補正項を含む理論での宇宙の初期特異点を回避するシナリオ、弦理論における非可換空間での流体力学の定式化、高次元時空理論の一つであるカルーザ＝クライン理論でのニュートリノと暗黒物質の関連性等、初期宇宙論に関する様々な研究を行った。これらの研究はF(R)重力理論でのインフレーション機構や暗黒物質の生成と進化の研究と密接に関連しており、重要な意義があると考えられる。
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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
本年度の研究では、新たに公表されたBICEP2実験やPlanck衛星による観測結果を用いて、現在の宇宙の加速膨張のみならず、インフレーションに関する観測量とも整合するF(R)重力理論模型の構築を構築した。
また、重力に関する高次の量子補正項によって引き起こされるインフレーションにおける宇宙論の研究や、暗黒物質の起源を含む初期宇宙論に関する様々な研究を行った。
さらに、拡張重力理論におけるインフレーション宇宙論に関する近年の主要な研究成果を解説した招待レビュー論文を発表した。
これらの研究成果から、本年度の研究目的である「F(R)重力理論におけるインフレーション、暗黒物質、並びに現在の宇宙の加速膨張の解明」を概ね達成できたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、本年度に構築した宇宙の加速膨張を説明しかつインフレーションに関する観測量とも整合するF(R)重力理論モデルにおいて、物質の密度揺らぎを含め、再加熱過程並びに輻射・物質優勢期という宇宙論的諸過程が再現されることを示す。
さらに、このF(R)重力理論モデルでのバリオン数生成のシナリオを構築する。電磁場が重力場との結合すると、電磁場の共形不変性の破れによって大域的磁場が生成される。これに伴い重力波が生じ、最終的に磁場は磁気へリシティを持つ。この磁気へリシティに起因した量子異常効果によるバリオン数生成を考察する。またPlanck衛星による宇宙マイクロ波背景輻射の観測結果を用いて、この磁気ヘリシティがパリティの異なる勾配成分Eと渦成分Bの二つの偏光モードに及ぼす影響の観測的制限を導き、構築したバリオン数生成のシナリオの実現可能性を検証する。
加えて、高次元時空での内部空間の大きさに相当する動力学的なディラトン場がインフレーションを引き起こすインフラトン場の役割を果たし、さらにこのディラトン場がガウス=ボンネ不変量と結合することにより、現在の加速膨張宇宙が実現されるモデルを構築する。そして、このモデルで生成される初期密度揺らぎがPlanck衛星の観測結果と整合し得ることを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
昨年度、平成26年3月1日付けで、所属機関が名古屋大学からお茶の水女子大学へと変更になった。当初、当該助成金はお茶の水女子大学にて、平成27年3月末までに使用する予定であった。本研究計画を作成した際の所属機関が名古屋大学であったため、特に国内の旅費の経費の見積もりを名古屋大学から各学会・研究会の開催場所までの距離で行っていた。ところが、平成26年3月よりお茶の水女子大学に移り、本年度に行われた各学会・研究会の開催場所への距離がより近くなった。そのため、平成27年3月末に本科学研究費を使用することが出来かねたため、当該助成金が発生した次第である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該助成金は、翌年度分の平成27年度分の助成金と合わせて、研究遂行に必要な数値解析や論文執筆に必要なコンピューターソフトウェア等の消耗品費として使用させて頂きたいと計画している。
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[Presentation] Cosmological Issues in F(T) Gravity Theory2015
Author(s)
Kazuharu Bamba
Organizer
International Conference on Relativistic Astrophysics, Celebrating 100 Years of General Relativity
Place of Presentation
Department of Mathematics, University of the Punjab, Lahore, Pakistan
Year and Date
2015-02-14
Invited
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