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2020 年度 実績報告書

自発的コンパクト化による3次元宇宙の創出

研究課題

研究課題/領域番号 19J11640
研究機関立教大学

研究代表者

田原 弘章  立教大学, 理学部, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
キーワード修正重力理論 / 高次元時空 / 高次曲率項
研究実績の概要

本研究課題においては、ラブロック重力理論に含まれる高次曲率項を用いて、高次元時空から自発的におおきな3次元空間を持つ宇宙が自発的に生成されることを示した。余剰次元は大きな慣性質量を持つことにより、等方的な圧力を持つ場合にほとんど静止する一方で、大きな3次元空間は相対論的発展方程式に従うことが示された。余剰次元の大きな慣性質量は、大きな高次曲率項の係数を要するため、ナイーブには高次曲率項からの寄与によって重力波の発展方程式が大きく変化してしまうことが懸念されたが、本研究での計算によってその寄与は非常に小さいことが判り、相対論と同じ発展方程式に従うとみなせる。この自発的コンパクト化によって、余剰次元方向の自由度は零質量の粒子として観測されるはずであるが、重力との結合がプランクスケールを超えるスケールにより抑制されるため、それら粒子の重力的生成は非常に小さいことが期待される。本研究によって、3次以上曲率項はコンパクト化に寄与するが、2次の曲率項は寄与しないことが明らかとなった。しかしこの2次項は、初期宇宙で宇宙定数として振る舞うため、初期宇宙のインフレーションを引き起こし得ることがわかった。2次の曲率項は4次元時空においては全微分となるため、余剰次元を持たない宇宙ではその発展に影響することができない。これは、4次元時空にはない、高次元時空の存在が本質的に重要となる「高次曲率項インフレーション」の可能性を示唆する。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020

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

  • [雑誌論文] A new mechanism for freezing extra dimensions with higher-order curvature terms2020

    • 著者名/発表者名
      Tahara Hiroaki W.H.、Kobayashi Tsutomu、Yokoyama Jun'ichi
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 811 ページ: 135857~135857

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135857

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanohertz gravitational waves from a null-energy-condition violation in the early universe2020

    • 著者名/発表者名
      Tahara Hiroaki W.H.、Kobayashi Tsutomu
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 123533~123533

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.123533

    • 査読あり
  • [学会発表] スカラーテンソル理論におけるブラックホールと摂動のモード混合について2020

    • 著者名/発表者名
      田原弘章
    • 学会等名
      Testing Gravity THxOBSミニワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Extremely blue GWs from a NEC-violating phase followed by slow-roll inflation2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Tahara
    • 学会等名
      ONLINE JGRG WORKSHOP 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 初期宇宙におけるナノヘルツ重力波の生成2020

    • 著者名/発表者名
      田原弘章
    • 学会等名
      第33回理論懇シンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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