| 研究課題/領域番号 |
20K14468
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 |
青木 勝輝 京都大学, 基礎物理学研究所, 特定助教 (80822288)
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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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 重力理論 / 宇宙論 / 量子重力理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
一般相対論は量子論と整合的でなく、その背後には量子重力理論と呼ばれるより基礎的な理論が隠れていると考えられている。本課題では高エネルギー領域においては重力場が曲率だけでなく捩率によっても記述されていると仮定し、捩率の（非）存在の兆候を初期宇宙観測から明らかにすることを目的とする。具体的には捩率は重力理論における新たな重い粒子として解釈できることを用いて、インフレーション宇宙の観測量等を具体的に評価する。重力理論における重い新粒子の痕跡が見つかれば量子重力理論およびそこから得られる有効理論の更なる理解へ向けた重要な一歩を与えることができる。
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| 研究実績の概要 |
一般相対論と量子論の不整合性やダークエネルギー、ダークマター、インフレーションといった宇宙論に残された数々の謎の存在は一般相対論を超えた重力理論の必要性を示唆している。本研究の大きな目的は現象論研究と理論研究の両者を相補的に用いることで宇宙を用いた重力理論の検証を行うことである。このためには有効場理論の手法が特に有用であり、本年度は以下にあるような有効場理論に関する様々な現象論研究を行った。また散乱振幅のユニタリー性らを用いることで有効場理論に対する理論的な整合性条件を得ることが可能である。そこで現象論と相補的に、散乱振幅などを用いた理論研究も同時に行った。
具体的には本年度は次のような成果を得た。(1) 前年度に定式化したベクトル場の宇宙論的有効場理論を拡張し、流体・固体・エーテルといった連続体物質に対する宇宙論的有効場理論を定式化した。(2) コンパクト天体といった強重力場では有効場理論の描像が破綻しうることを示し、紫外完全化の効果を取り入れたベクトル場のコンパクト天体解を構築した。(3) スピン２ダークマター模型の新たなシナリオを提案した。(4) 不安定粒子の散乱振幅に対するユニタリー性の条件を第一原理的に導いた。(5) 有効場理論的描像からベクトル場の新たな相互作用を指摘し、そのコンパクト天体解への影響を調べた。(6) 宇宙論を用いた重力理論検証に関するレビューを執筆した。(7) 宇宙論的有効場理論のもつ双対性を明らかにした。
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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
当初の予定では捩率をもつ理論を具体的に解析し、その観測的特徴を明らかにすることを課題としていたが、有効場理論を用いた包括的な模型検証の方が有用であることが判明したため、当初の計画とは異なるが有効場理論を用いた現象論・理論研究へと方針を転換することにした。これは本研究の目的である宇宙観測から重力理論を検証するという目的に沿ったものであり、全体として順調に研究が進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も有効場理論を用いた現象論研究と散乱振幅を用いた理論研究という相補的手法を用いて重力理論の検証という課題へと取り組む。特に前者に対しては数値計算によって理論に対する具体的な観測制限を得ることや有効場理論の定式化を宇宙論以外の背景へと拡張することを目指す。一方、後者についてはユニタリー性だけでなく因果性の条件も組み合わせ、不安定粒子を含むような現実的な模型に対する散乱振幅の整合性条件を導き、その現象論への示唆を明らかにしていく。また捩率をもつ理論の検証という課題にも立ち戻り、宇宙ゆらぎの計算などを通して具体的な重力理論の検証も行いたい。
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