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2014 年度 実績報告書

超弦理論を背景とする5次元超重力理論の素粒子現象論及び宇宙論

研究課題

研究課題/領域番号 14J07296
研究機関早稲田大学

研究代表者

大塚 啓  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
キーワードインフレーション / コンパクト化 / 超弦理論 / 超重力理論 / モジュライ
研究実績の概要

超弦理論に基づく素粒子標準模型の構築へ向けてトップダウンとボトムアップ双方の立場から研究を行った。宇宙論的な側面では、ボトムアップの立場である5次元超重力理論とトップダウンの立場であるヘテロ型超弦理論及びIIB型超弦理論に基づき、観測可能な重力波揺らぎを与え得るナチュラルインフレーション機構を提案した。ナチュラルインフレーションは、プランク衛星の観測結果からプランクスケールを超える崩壊定数が必要とされ、特に超弦理論の立場では単一場の崩壊定数がプランスケールを超えることは困難であると考えられていた。5次元超重力理論ではモジュライ混合を、超弦理論では1ループ補正項を用いることで、プランクスケールを超える単一場の崩壊定数が再現されることを明らかにし、今後のプランク衛星の精度向上やその他の将来実験において観測可能な重力波を生み出すことわかった。
素粒子現象論的側面では、トーラス上にコンパクト化されたSO(32)ヘテロ型超弦理論から、3世代のクォーク・レプトン及びヒッグス粒子を含む素粒子標準模型の構築を行った。SO(32)群は大統一理論で期待される群構造や場の表現を含まないため、SO(32)ヘテロ型超弦理論に基づく現象論的な模型の構築に焦点が当てられていなかった。本研究は、SO(32)群から大統一理論を経由せずに素粒子標準模型の群構造を直接導くと同時に、U(1)ゲージ場の余剰次元方向に磁場を挿入することで、3世代のクォーク・レプトン及びヒッグス粒子を再現した。その際、素粒子標準模型に含まれる全ての湯川相互作用が含まれ、かつ理論的な整合性も満たしている。トーラス上にコンパクト化されたSO(32)ヘテロ型超弦理論において、磁場を用いた現象論模型の構築は先行研究がなく、超弦理論の理解がより深まることが期待される。

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

超弦理論において、ナチュラルインフレーションを単一場のアクシオンで実現するのは困難とされてきたが、打開策を与えることができた。また5次元超重力理論において、シンプルなモジュライインフレーション機構を提案したことにより、現実的な素粒子模型の構築が期待される。

今後の研究の推進方策

超弦理論及び5次元超重力理論の素粒子現象論的側面と宇宙論的側面を独立に研究を行ってきた。今後は、超弦理論や5次元超重力理論を背景とする4次元有効理論を下に、両者を統一的に扱い今後の宇宙論的観測と加速器実験に対する予言を行っていく。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Moduli inflation in five-dimensional supergravity models2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Abe and Hajime Otsuka
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2014 ページ: ―

    • DOI

      doi:10.1088/1475-7516/2014/11/027

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Natural inflation with and without modulations in type IIB string theory2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Abe, Tatsuo Kobayashi and Hajime Otsuka
    • 学会等名
      日本物理学会第70年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-22
  • [学会発表] Natural inflation with and without modulations in string theory2015

    • 著者名/発表者名
      Hajime Otsuka
    • 学会等名
      KEK Theory Workshop 2015
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究所
    • 年月日
      2015-01-30
  • [学会発表] Towards natural inflation from the weakly coupled heterotic string theory2014

    • 著者名/発表者名
      大塚啓
    • 学会等名
      Workshop on geometry, extra dimensions and string phenomenology in Miyazaki
    • 発表場所
      ANA ホリデー・イン リゾート 宮崎
    • 年月日
      2014-11-05
  • [学会発表] Towards natural inflation from the weakly coupled heterotic string theory2014

    • 著者名/発表者名
      Hajime Otsuka
    • 学会等名
      KEK theory meeting on particle physics phenomenology
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究所
    • 年月日
      2014-10-23
  • [学会発表] Towards natural inflation from the weakly coupled heterotic string theory with magnetic fluxes2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Abe, Tatsuo Kobayashi and Hajime Otsuka
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      2014-09-21
  • [学会発表] Moduli inflation in five-dimensional supergravity models2014

    • 著者名/発表者名
      大塚啓
    • 学会等名
      基研研究会 素粒子物理学の進展2014
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-07-31
  • [学会発表] Moduli inflation in 5D SUGRA2014

    • 著者名/発表者名
      Hajime Otsuka
    • 学会等名
      SUSY 2014
    • 発表場所
      Manchester university
    • 年月日
      2014-07-25

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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