2022 年度研究成果報告書

宇宙論および素粒子論への応用に向けた真空相転移の基礎研究

研究課題

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研究課題/領域番号	21K20371
研究種目	研究活動スタート支援
配分区分	基金
審査区分	0203:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	大下翔誉国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 基礎科学特別研究員 (50911632)
研究期間 (年度)	2021-08-30 – 2023-03-31
キーワード	真空崩壊
研究成果の概要	宇宙論および素粒子論で重要な現象の１つである真空崩壊の研究に取り組み、主に３つの研究成果を得た。(i)従来まで用いられてきたユークリッド経路積分を超えた手法として、ローレンツ経路積分による真空泡生成率の計算を提案し、ユークリッド経路積分の結果と一貫する結論を導いた。(ii)また、Wheeler-DeWitt方程式を用いて、従来まで知られていた典型的な真空泡の生成率の値よりも大きな生成率を導く相転移過程を数値的に導いた。(iii)超弦理論と一貫性のある高次元AdS時空に、ブラックホールのような非一様な成分が存在しても、4次元膨張宇宙を模倣する真空泡の生成が可能であることを理論的に検証した。
自由記述の分野	重力、宇宙論、場の量子論
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究成果は、宇宙誕生直後などの初期宇宙において重要となる真空の安定性の理解に貢献する。従来まで用いられた真空崩壊率の計算法であるユークリッド経路積分には、幾らか問題点が指摘されており、それらを克服する新たな計算法の確立の第一歩となる研究成果である。また、素粒子論と重力理論を統合し得る有力な理論として超弦理論が知られているが、この理論では、我々の宇宙のように膨張する時空を包含し難いという性質が知られている。超弦理論で許される高次元空間が非一様な場合でも、そこで生成した真空泡の膨張が我々の宇宙の膨張を模倣することから、異なるスケールの物理が、一貫性を持ってこの宇宙を記述し得る理論的傍証も示した。