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2020 年度 実施状況報告書

弦の構成的定式化に基づく標準模型とプランクスケール物理の統合

研究課題

研究課題/領域番号 16K05322
研究機関京都大学

研究代表者

川合 光  京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (80211176)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2022-03-31
キーワードプランクスケール / 弦理論 / 行列模型 / ヒグスインフレーション / 標準模型 / マルチバース / 自然性 / 時空のトポロジー
研究実績の概要

(1)いわゆる古典的共系不変性が、弦理論からどのように生じるかを考察した。これは、宇宙項やヒグス質量の自然性問題と同レベルの問題であり、通常の場の理論の立場からは説明できない。しかしながら、時空のトポロジーの量子ゆらぎを考慮すると、それが説明できる可能性があり、具体的な模型をいくつか構成し、性質を解析した。
(2)プランクスケールから標準模型のスケールが非摂動的に生成されるような模型を提案した。2つのスカラー場からなる理論は、多重臨界点原理の下ではプランクスケール以外の質量次元を持たないが、自然なパラメーター領域で一方の場が真空期待値を持ち、その大きさはプランクスケールに対して非摂動的に小さいものであることがわかった。この模型を標準模型と結合させることにより、弱電磁スケールが自然な形で創発する可能性を示した。
(3)プランクスケールにおけるヒグスポテンシャルの振る舞いは、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示唆している。また、この描像はいくつかの検証可能な予言を与える。暗黒物質として(2)のよう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制限が得られることを示した。
(4)量子重力によるトポロジー揺らぎを考えると、「プランク長さ以下の揺らぎを積分して得られる有効理論のパラメーターは、宇宙の最終のエントロピーを最大にするように自動的に微調整される。」という最大エントロピー原理が予想されるが、それが弦理論の構成的立場からどのように示せるかを考察した。

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(1)~(4)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。

今後の研究の推進方策

ポストLHC時代の弦理論に向けて、さまざまな解析を行う。具体的には、(1)行列模型による時空と物質、(2)自然性の解明、(3)プランクスケールとヒグスインフレーション、(4)ブラックホールの量子論、(5)弱電磁スケールの起源などに関し、数値的および解析的な考察を並行して進める一方で、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。

次年度使用額が生じた理由

研究は順調に進んでいるが、コロナ禍により、当初予定していた国内外の研究者との交流や、小規模ワークショップができなくなり、余剰金が出た。コロナ後の研究交流を含め、有効に使っていく所存です。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Dark matter in minimal dimensional transmutation with multicritical-point principle2021

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yuta、Kawai Hikaru、Oda Kin-ya、Yagyu Kei
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: 1-31

    • DOI

      10.1007/JHEP01(2021)087

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Black Hole as a Quantum Field Configuration2020

    • 著者名/発表者名
      Kawai Hikaru、Yokokura Yuki
    • 雑誌名

      Universe

      巻: 6 ページ: 1~70

    • DOI

      10.3390/universe6060077

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Large N analysis of $$ T\overline{T} $$-deformation and unavoidable negative-norm states2020

    • 著者名/発表者名
      Haruna Junichi、Ishii Takaaki、Kawai Hikaru、Sakai Katsuta、Yoshida Kentaroh
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2020 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1007/JHEP04(2020)127

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Random geometry and naturalness2021

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Kawai
    • 学会等名
      Randomness, Integrability and Representation Theory in Quantum Field Theory 2021
  • [学会発表] Quantum Gravity and Naturalness2020

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Kawai
    • 学会等名
      10th International Conference on Exact Renormalization Group 2020

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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