| 研究課題/領域番号 |
19J00494
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山田 悠介 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 超重力理論 / 初期宇宙論 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では超対称性・超重力理論を宇宙観測により検証することを目的としている。特にインフレーション期における重い超対称粒子生成の痕跡に注目している。しかし最近の研究により、超対称性の背後にあると考えられている超弦理論において、インフレーションは実現不可能なのではないか、という予想が提案された。その反例となりうる模型として、KKLT模型が知られている。本年度はまず、この模型において超対称性を自発的に破り、正の宇宙項を実現する上で重要な役割をする反D3ブレーンと呼ばれる物体の４次元有効作用に関する研究を行った。特に、超対称性が真空の安定性に重要な役割を果たすことから、超対称性が明らかになる定式化により、先行研究により示されていた作用の記述を改善した。これは低エネルギー理論の構築に有用であると期待される。
また超重力理論におけるインフレーション模型の一般化についても研究を進めた。超対称性のない系においては最も一般的な単一場インフレーションを実現するホルンデスキー模型が知られている。この模型の超対称理論への埋め込みはこれまで困難であると思われていた。しかし、自発的に超対称性が破れた場合の有効理論として埋め込むことは可能であるということを制限された超場を用いることで具体的に示すことができた。この拡張は超対称粒子であるグラヴィティーノを含んだ拡張なので、拡張されたインフレーション模型においてグラヴィティーノがどのようにインフラトンと結合するか、どの程度生成されるか、といったことの議論が可能になるため、超対称性の検証にむけて有用となると考えられる。
さらに、超弦理論に動機づけられた重力結合によるレプトン数生成についても研究した。これは物質・反物質の非対称性を説明しうるが、本研究により、ほとんどの再加熱模型では現在の宇宙を説明できないことを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は本研究の最も中心的な役割を果たす、超重力理論におけるインフレーション、初期宇宙に関する模型構築の可能性を拡張することができた。反D3ブレーンの有効作用の記述はKKLT模型の有効理論を構築する上で重要な役割を果たすと考えられる。特に、KKLT模型はドジッター予想の反例になり得る数少ない模型であるため、今後の研究においても超重力理論に基づくインフレーション模型の必要不可欠になると考えている。
また本年度の研究成果である、ホルンデスキー模型の超重力理論への埋め込みは、拡張されたインフレーション模型を可能にするだけでなく、それに伴うグラヴィティーノ粒子の生成に関する議論も可能にする。グラヴィティーノ粒子の痕跡を見つけることは超重力理論を宇宙観測において検証するにあたり最も重要な可能性の一つである。本結果を今後の本研究の遂行においても応用していく。
さらに本年度の成果として、非自明な重力結合によるレプトン数生成の可能性をほぼ排除することができた。これは物質・反物質の生成機構として他の模型を考える必要性を意味し、インフレーションを含む初期宇宙模型の構築において考慮しなければならない重要な結果である。また興味深いことに上述のホルンデスキー模型の特殊なクラスの模型においては、この機構により現在の観測と矛盾しないレプトン数生成を実現することも同時に示した。本研究の成果を組み合わせることにより現実的な初期宇宙模型を実現できる可能性があり、今後の研究で考える模型構築において一つの指針にできる可能性もあり、有用な考察であったと結論できる。
以上のように、本年度の研究成果は本研究全体の遂行のみならず、他の関連研究においても重要な役割を果たす可能性があり、本年度の研究の進展は計画以上であったと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究を遂行する過程で、初期宇宙のみならず、ブラックホールをはじめとする現在の宇宙における強重力現象も本研究の目的である超対称性の検証において重要な可能性となることを見出した。特に近年の重力波観測は著しく進展していることを考慮し、本研究においても当初の研究計画にはなかった、重力波観測における超対称性の検証可能性についても検討していく。
超対称性の一つの重要な性質は、それが自発的に破れる真空は必ず不安定になるということである。初期宇宙における真空と、現在における真空は全く異なるものである可能性も十分に考えられるが、そのような場合、初期宇宙において過去の真空から現在のものへの相転移現象が起こることが知られている。その際に形成される真空泡と呼ばれる領域が、複数生成される可能性があるが、初期宇宙においてそれらの衝突が起こると重力波生成が起こることが指摘されている。本研究では超対称性を破る真空の不安定性に注目し、その真空相転移現象やそれに伴う真空泡生成、及びその衝突から生成される重力波から超対称性が検証できるかということに注目した研究を進めていく。
また当初の研究計画に沿って、初期宇宙におけるインフレーションに伴う超対称粒子の検証可能性についても研究を進めていく。特にインフレーション時に生成される曲率揺らぎにおいて、超対称粒子の痕跡を見つけられるかについて議論する。近年の研究で明らかになってきた、共形場理論的アプローチから揺らぎの相関関数をする技術なども取り入れ、具体的な模型において超対称粒子の検証可能性を考えていく。
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