| 研究課題/領域番号 |
20K03970
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 京都大学 |
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研究代表者 |
川合 光 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (80211176)
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| 研究分担者 |
吉田 健太郎 京都大学, 理学研究科, 講師 (30544928)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 弦理論 / 行列模型 / 標準模型 / 自然性問題 / マルティバース / ブラックホール / Higgsインフレーション / 暗黒物質 / 量子重力 / 電弱スケール / 自然性 / マルチバース / 時空のトポロジー / プランクスケール / 弱電磁スケール / 弦理論・量子重力 / ヒグスインフレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
最近の実験結果に基づいた解析によると、超対称性は低エネルギーには存在せず、しかも、標準模型はプランクスケールまで矛盾のない理論でありうる。これは、電弱スケールの物理とプランクスケールの物理が直接つながっており、標準模型と量子重力の統合を試みることが十分現実的であることを示している。本研究は、このような事情をふまえ、原理から現象へ、および、現象から原理へという両面から研究を進める。特に、自然性問題を手がかりとして、プランクスケールと電弱スケールのつながりを解明し、時空の創発を含む究極の理論に迫る。
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| 研究実績の概要 |
（１）標準模型の高エネルギーにおける振る舞いの理論的解析を進めた。具体例地して、一つだけZ2対称をもつ２つのスカラー場からなる理論を調べた。その結果、自然なパラメーター領域で、カットオフスケールに対して非摂動的に小さなスケールが現れることを示した。さらに、この模型を標準模型と結合させると、弱電磁スケールが自然な形で創発し、さらにZ2不変なスカラー場は暗黒物質とみなせることを示した。
（２）上のような模型の背後にある、宇宙項とヒグス質量の自然性の問題を考察した。これは、通常の場の理論や摂動論敵弦理論では説明できない。しかし、時空のトポロジーゆらぎを考慮し、マルティバースの波動関数を考えると、それが可能となることを示した。
（３）ヒグスポテンシャルのプランクスケールにおける平坦性は、宇宙初期のインフレーションがヒグス場によって引き起こされた可能性を強く示唆しているのみならず、多くの検証可能な予言もえられる。例えば、暗黒物質として上記のZ2不変なスカラー場を仮定すると、ヒグスインフレーションが起きるための必要条件として、暗黒物質の質量と、宇宙背景放射揺らぎのテンソル対スカラー比の間に強い条件が得られることを示した。
（４）このような考察を一般化すると、「プランクスケー以下の波長の揺らぎを積分して得られる有効理論もつパラメーターは、宇宙の最終のエントロピーを最大にするように選ばれている。」という最大エントロピー原理が得られる、ⅡＢ行列模型による時空の創発を調べ、上記のような有効理論が、自然に得られる可能性を議論した。
（５）上記の研究に加え、国立台湾大学の賀培銘教授との共同研究で、重力の巨視的効果と微視的効果をつなぐ可能性として、ブラックホールの蒸発による時空の時間発展を考察した。その結果、いわゆる等価原理は量子重力では敗れており、その結果としてホーキング輻射が現れること等を議論した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
以上の研究は当研究者が長年追求してきたアイデアにそったものであり、研究は、順調に進んでいると自負している。
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| 今後の研究の推進方策 |
ポストLHC時代の素粒子論の構築に向けて、さまざまな側面からの解析を行う。具体的には、（１）行列模型による時空と物質の創発、（２）自然性に対する新しい理解の試み、（３）プランクスケールの物理とヒグスインフレーションの可能性、（４）ブラックホールと情報問題と行列模型の自由度（５）古典的共系不変性の起源と弱電磁スケールの創発に関して、数値的および解析的な考察を並行して進める一方で、研究会、セミナーなどを通じて、国内外の素粒子物理、場の理論、物性理論、宇宙論、数理物理などの専門家たちと幅広く交流することによって、新しい視点を開き問題を解決していく。
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