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Testing quantum gravity with cosmological perturbations

Research Project

Project/Area Number 20F20326
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

辻川 信二  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30318802)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ELIZAGA NAVASCUE BEATRIZ  早稲田大学, 理工学術院, 外国人特別研究員
ELIZAGA NAVASCUES BEATRIZ  早稲田大学, 理工学術院, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2020-11-13 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords量子重力理論 / ブラックホール / インフレーション / ループ量子宇宙論 / 重力波 / 密度揺らぎ / 量子化
Outline of Research at the Start

宇宙開闢の頃の物理現象を探るには,一般相対論と量子論を統一した量子重力理論が必要であると考えられている. そのような統一理論の有力候補であるループ量子重力理論に基づき,宇宙論的密度揺らぎの進化についての詳細な解析を行い,インフレーション期に生成される密度揺らぎと重力波のスペクトルの計算と,宇宙背景輻射の観測データに基づく量子補正に対する制限の研究を行う.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は,量子重力理論に基づくブラックホール解について詳しく調べた.まず,Ashtekar-Olmedo-Singhによって提唱されたループ量子重力理論での有効模型において,ダイナミカルな方程式の中に現れる積分定数の一般的な決定方法について考察した.この研究により,全時空におけるブラックホール解の構築が可能となり,それによって背景となる量子重力理論との関係が明らかになった.さらに,ブラックホールの熱力学的な性質を調べることにより,新しい時空構造の性質に関しても詳細に議論した.特に,ブラックホールの事象の地平線において連続的な振る舞いを示す場合のブラックホール内部と外部の構造および漸近的な構造について明らかにした.
さらに,量子重力理論の有効模型において,ブラックホール解のハミルトニアン的な構成方法を行った.特に,ループ量子重力理論の効果を,2つの正規化パラメータを用いて組み入れることで,拡張された位相空間での解析について取り組んだ.この手法を,ループ量子化のための出発点として扱うことで,物理的な状況を的確に表現するようなシステムに帰着することが可能であることを示した.さらに,大きな質量を持つブラックホール領域において,整合的な物理状態が存在するための条件について明らかにし,新しいループ量子重力理論の発展のための道標を与えた.
これらの研究成果は,Phys. Rev. D 106, 063516 (2022)とPhys. Rev. D 106, 043531 (2022)の2本の論文においてすでに出版されている.さらに,スペインのサラマンカ大学において行われたEREP 2022国際会議で,研究成果を発表した.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 7 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Madrid, Institute of Estructura Materia(スペイン)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Instituto de Estructura de la Materia(スペイン)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Instituto de Estructura de la Materia(スペイン)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hamiltonian formulation and loop quantization of a recent extension of the Kruskal spacetime2022

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues, Alejandro Garcia-Quismondo, Guillermo A. Mena Marugan
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106, 043521 Issue: 4 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.043531

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantization ambiguities and the robustness of effective descriptions of primordial perturbations in hybrid loop quantum cosmology2022

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues, Guillermo A. Mena Marugan
    • Journal Title

      Classical and Quantum gravity

      Volume: 39 Issue: 1 Pages: 1-18

    • DOI

      10.1088/1361-6382/ac3b9b

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Primordial perturbations in kinetically dominated regimes of general relativity and hybrid quantum cosmology2021

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues, Rafael Jimenez-Llamas, Guillermo A. Mena Marugan
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Issue: 10 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.103520

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nonoscillating vacuum states and the quantum homogeneity and isotropy hypothesis in loop quantum cosmology2021

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues, Guillermo A. Mena Marugan, Santiago Prado
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Issue: 8 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.083541

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analytical investigation of pre-inflationary effects in the primordial power spectrum: from General Relativity to hybrid Loop Quantum Cosmology2021

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues, Guillermo A. Mena Marugan
    • Journal Title

      JCAP

      Volume: 09 Issue: 09 Pages: 1-35

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/09/030

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Non-oscillating power spectra in Loop Quantum Cosmology2020

    • Author(s)
      B. Elizaga Navascues, G. A. M. Marugan, S. Prado
    • Journal Title

      Classical and Quantum Gravity

      Volume: 38, 3 Issue: 3 Pages: 1-25

    • DOI

      10.1088/1361-6382/abc6bb

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Uniqueness Criteria for the Fock Quantization of Dirac Fields and Applications in Hybrid Loop Quantum Cosmology2020

    • Author(s)
      J. Cortez, B. Elizaga Navascues, G. A. M. Marugan, S. Prado
    • Journal Title

      Universe

      Volume: 6, 12 Issue: 12 Pages: 1-20

    • DOI

      10.3390/universe6120241

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Space of solutions and quantization of the Ashtekar-Olmedo-Singh black hole model2022

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues
    • Organizer
      EREP 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relativistic vs. loop quantum effects in the primordial power spectrum2021

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues
    • Organizer
      Spanish-Portuguese Relativity Meeting EREP2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relativistic vs. loop quantum effects in the primordial power spectrum2021

    • Author(s)
      Beatriz Elizaga Navascues
    • Organizer
      JGRG 30
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cosmological Perturbations in Hybrid Loop Quantum Cosmology2020

    • Author(s)
      B. Elizaga Navascues
    • Organizer
      7th Korea-Japan Workshop on Dark Energy
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-11-16   Modified: 2024-03-26  

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