| 研究課題/領域番号 |
16K05364
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
鵜沢 報仁 関西学院大学, 理工学部, 理工学部研究員 (50378931)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 超重力理論 / 超弦理論 / 宇宙論 / 一般相対性理論 |
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| 研究実績の概要 |
平成30年度は2つの研究を行った。最初の研究はinflation及びEkpyrotic宇宙モデルが超弦理論から導かれる可能性についてである。inflationは宇宙の大域的一様・等方・平坦性を実現すると共に、量子揺らぎの生成によって構造形成の初期条件を与える、初期宇宙モデルの有力な候補である一方、Ekpyrotic宇宙論は加速膨張を必要とせずに宇宙の一様・平坦性や宇宙の構造形成を説明するうえ、宇宙の膨張・収縮が永遠に続くサイクリック宇宙モデルとも関連しているために現在まで宇宙論で注目されてきた。本研究では、10次元II型超弦理論の単純なコンパクト化に注目し、得られたinflation宇宙やEkpyrotic宇宙モデルと宇宙論の観測結果とを照らし合わせた結果、現実的な宇宙モデルを導くことが出来ないことを示した。次に、超弦理論で注目されているswampland予想がboson star等のコンパクト星の進化や安定性とどのように関係しているかについて研究を行った。重力を含まない場の量子論では、繰り込み可能な有効理論は何らかの量子論に矛盾なく組み込むことができる一方、重力と結合する場の理論には、その低エネルギー有効理論に非自明な制限がある。その制限について近年様々な提案がなされ、それら一連の議論をswampland予想として扱われている。ここで、swamplandとは重力を含む理論のモデルの中で整合性のある量子論に組み込むことができないものの集まりのことを指す。この研究の動機はboson starの進化を記述するスカラー場の振る舞いをswampland予想の観点から議論し、それにより得られるスカラー場の動力学に対する制限を明示することであった。本研究により、球対称や回転をするコンパクト星の不安定性とswamplandとが互いに密接に関連していることを明らかにした。
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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
本研究課題の目的は、超弦理論の動的解をblack holeや宇宙論に応用し、解の持つ物理的な性質を一般相対性理論の観点から明らかにすることである。現在までの研究により、現実的な宇宙モデルを構築するための理論的な制限、超対称性の有無や破れのメカニズムの解明、膨張宇宙上のblack hole、特異点や時空構造の性質に関する研究成果が得られており、研究は概ね順調に進んでいる。しかしその一方、超弦理論の厳密解を基に宇宙モデルを作ることや特異点問題の解消については解決出来ていない。現在、宇宙論の観測と無矛盾な宇宙モデルを超弦理論から導くためにswampland予想に注目している。swamplandとは重力を含む理論のモデルの中で整合性のある量子論に組み込むことができないものの集まりを意味する。重力と結合する場の理論には、その低エネルギー有効理論に非自明な制限があるというswampland予想を用いると、本研究の主目的である、現実的な宇宙モデルを与える超弦理論の解を得ることの助けとなると考えている。但し、この予想を宇宙論に適用するにはまだ論理的に不十分な部分があるため、宇宙モデルの構築に対し有用となる予想に磨き上げる作業が必要であり、そのための研究を現在遂行中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は超弦理論のSwampland予想に関する研究に取り組む。近年、重力を含む場の量子論において、その低エネルギー有効理論から生じる真空が、超弦理論の「ランドスケープ」に属するものなのか、それとも「Swampland（沼地）」の一部となるのかを評価するために、現在のところ主として3つの基準（Swampland 予想）が提案されている。「ランドスケープ」は超弦理論のコンパクト化から生じる真空で、整合性のある量子重力理論であるのに対し、「Swampland」は、重力を含む理論の中で整合性のある場の量子論に組み込むことができないものの集まりを表す。これまでのところ、これらの基準はスカラー場の理論をもとに議論され、背景時空に存在するスカラー場の振る舞いに依存する形となっている。そのため、インフレーションや暗黒エネルギーのモデルで数多くの研究があり、モデルや基準に含まれるパラメータに制限を加える等、様々な結果が得られている。Swampland 予想に関する3つの基準のうちの一つはスカラー場のポテンシャルとその一階微分との間を結びつける式で、de Sitter 真空の安定性やインフレーションモデルの実現性を判定する材料となっている。この関係式は重力と結合したスカラー場の高次元モデルに注目し、強いエネルギー条件と場の方程式を用いて導かれている。ところがその際、多くのインフレーションモデルで仮定されている slow-roll 条件を用いておらず、slow-roll条件を外して宇宙背景放射等の観測結果と矛盾しないような宇宙モデルを生み出すことはそれほど容易ではないことを鑑みると、この基準をインフレーション宇宙の構築に当てはめるのは慎重であるべきだと考えている。私は超弦理論を含む一般的なスカラー場の理論をもとに、slow-roll 条件を考慮した新たな基準を提案する研究を行う。
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