| 研究課題/領域番号 |
20J22946
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
上田 和茂 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | de Sitter時空 / インフレーション理論 / 原始宇宙磁場 / 重力子 / 量子エンタングルメント / 原始重力波 / 非等方インフレーション / Bunch Davies真空 / Kerr時空 / AdS時空 / 高次元ブラックホール / 準固有振動 / 真空崩壊 / 膜宇宙論 / Unruh効果 / Dirac方程式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
重力によって時空が歪められると、量子力学的な真空の状態は変化し得ることが知られている。このような現象を扱う理論は、曲がった時空の場の量子論と呼ばれている。この理論は、宇宙初期の状態や、一様加速運動する観測者が静止系の真空状態を熱的状態として観測するというウンルー効果、そしてブラックホールの蒸発を予言するホーキング放射などを説明する上で重要であるにも関わらず、その検証は未だ十分でない。そこで本研究は、ディラック場などを考慮した上で量子放射について解析し、曲がった時空における量子場の性質に由来する現象を様々な観点から調べることで、曲がった時空の場の量子論の検証に繋がる理論を構築することを試みる。
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| 研究実績の概要 |
今年度は、インフレーション期に原始磁場が存在する仮定の下、背景磁場による重力子・光子転換によって現れる重力子の量子状態への影響を考察した。特に、重力子のスクイーズ状態がどのように変化するかを、磁場が宇宙膨張によって急速に減衰する場合(インフレーション期にスケールファクターの2乗で減衰する場合)と、ゆっくりと減衰する場合(インフレーション期にスケールファクターの1乗で減衰する場合)について調査した。
その結果、いずれの場合も重力子の量子状態はHorizon Exitの後に十分スクイージングする(スクイージングパラメーターが無限大に漸近する)ことが分かった。一方、光子の量子状態は異なることが分かった。
これは、背景磁場がインフレーション期にスケールファクターの2乗で減衰する場合、ゲージ場の運動方程式は結合項を除けばMinkowski時空のものと一致するため、宇宙膨張の影響をほとんど受けなくなる一方、背景磁場がインフレーション期にスケールファクターの１乗で減衰する場合はゲージ場の運動方程式の結合項を除く部分はde Sitter背景での運動方程式と一致し、光子にもスクイージングによる粒子生成が起きるためであると考えられる。
さらに、重力子-光子転換で現れる重力子と光子の量子エンタングルメントの指標であるエンタングルメントエントロピーを評価した。その結果、背景磁場がインフレーション期にスケールファクターの2乗で減衰する場合はエンタングルメントエントロピーが微小な値に漸近する一方、背景磁場がインフレーション期にスケールファクターの１乗で減衰する場合は最大量子もつれ状態に漸近することが分かった。これは、重力子に対して光子が等量存在しなければ量子相関は最大にならない(背景磁場を介して相互作用をしても縺れのペアがいなければ縺れられない)ことを反映していると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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