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原始元素合成より前の宇宙の熱的進化史は素粒子標準模型を超える物理(BSM)の法則により左右されるが、観測的にはこれまであまり制限されてこなかった。しかし、現在と将来の宇宙マイクロ波背景輻射（CMB）の精密観測により、原始元素合成より前の時代の重要な情報を得ることができる。これを用いることで異なるBSM理論による宇宙論的予言をテストすることができる。有力なBSM理論の一つである超対称性に基づいた重力理論は超重力理論と呼ばれている。他の有力なBSM理論にはシフト対称性に基づいたアクシオン場と呼ばれるスカラー場が存在し、非可換ゲージ場と結合している。
本研究では、これらのBSM理論に現れるスカラー場が曲率テンソルと非ミニマルに様々な形で結合し、場の方程式において高階の項がうまく打ち消し合い、かつ一般共変性を損なわない重力の低エネルギー有効理論の枠組みでインフレーション宇宙模型を構築して理論を検証した。特にインフレーション後の宇宙再加熱と呼ばれる時期の物理量を定量的に解析することで、非ミニマルな重力結合の関数自由度に制限を加えた。また、高階の超重力理論におけるインフレーション模型に対する定量的予言を与えることに成功した。さらに、アクシオン場が非可換ゲージ場と共に非自明な一様等方背景解を持つような場合について、微分重力結合を導入することにより新たなインフレーション模型を構築した。これらの模型の理論的な帰結として、曲率揺らぎと重力波揺らぎのスペクトルを定量的に示した。
研究最終年度は、上述の揺らぎのスペクトルの非ガウス統計性について検証し、理論模型のパラメータにCMB観測から制限を得ることに成功した。
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