| 研究課題/領域番号 |
26400250
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
稲垣 知宏 広島大学, 情報メディア教育研究センター, 教授 (80301307)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | インフレーション / 複合スカラー場 / 南部、ヨナ・ラシニオ模型 / 非平衡熱場の量子場 / 宇宙背景輻射 / 自発的対称性の破れ / アトラクター / 国際情報交換（スペイン） |
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| 研究実績の概要 |
自発的対称性の破れに伴う新しい高エネルギー臨界現象を発見することを目的に、特に初期宇宙のインフレーションと関連する素粒子反応に関する研究を実施した。
平成２７年度の研究で構築した新しいインフレーション模型、ゲージ相互作用する南部、ヨナ・ラシニオインフレーションについての数学的な構造を詳細に分析し、また、軽い粒子との湯川型相互作用を導入し、インフレーション後の素粒子反応と再加熱温度の計算を実施した。平成２７年度の研究では、複合スカラー場のスケールをプランクスケールを超えて十分大きくとった非物理的な極限での解析しかできていなかったが、このスケールを有限にしたより物理的な模型における宇宙背景輻射の揺らぎに対する予想値を求め、Planck衛星による観測値との比較により観測と矛盾しない模型パラメータを得た。大きな成果として、ゲージ相互作用する南部、ヨナ・ラシニオインフレーションに特有な宇宙背景輻射の揺らぎが示すアトラクター構造として、ゲージ相互作用が小さい極限で、アルファアトラクター模型のアルファ値が２に対応する模型となっていることを見出している。
並行して、平成２７年度の研究で扱った、平衡状態から外れた古典解近傍でのスカラー場の理論の量子化とその物理的な効果、３フレーバー南部、ヨナ・ラシニオ模型の磁場中での解析準備を進めた。
また、スペインの研究所ICE/ICREAを訪問し、S.D.Odintsov教授、E.Elizalde教授他と、量子論的な真空と非平衡過程、高エネルギー臨界現象に関して今後の展開の可能性を議論し、これまでの研究で構築した模型の拡張について検討した。
なお、世話人として熱・化学平衡系、及び、非平衡量子場系を対象とする「熱場の量子論とその応用」研究会（理化学研究所、和光市、２０１６年８月）を企画、運営し、境界領域を含めた最新の研究情報の共有に寄与できたと考えている。
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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
本研究の目的達成に向けて、平成２８年度は、エネルギースケールに関する極限を外したより一般的な場合における複合スカラー場の理論によるインフレーションの解析、平衡系から大きくずれた古典解周りでの具体的な理論の構築、ヒグス・トップ系、クォーク・グルオン系、インフレーション期の宇宙物理に注目した素粒子模型の解析の３点を大きな柱とした研究計画を立てていた。
複合スカラー場の理論でのインフレーションについては、エネルギースケールに関する極限を外すことで、解析的な取り扱いが非常に困難になるが、ICE/ICREA（スペイン）を訪問してのS.D.Odintsov教授他との議論、及び大学院生による新たな近似の可能性提案等を通して、エネルギースケールを有限な値にしたより一般的な場合における計算を、数値的に行うだけでなく、一部、解析的に進めることに成功した。
インフレーション期の宇宙物理に注目した素粒子模型の解析についても、インフレーションを引き起こす複合スカラー場と軽い粒子の相互作用を仮定し、再加熱温度の解析等を実施し、標準的なヒグス・トップ系と同様の結果を導いている。これらの成果については論文にまとめて発表し、複数の分野の学会、研究会、国際会議で報告することで新たな展開の足がかりを得ることもできている、
平衡系から大きくずれた古典解周りでの場の理論構築についても北殿義雄研究員（中国）に広島大学を再訪してもらい、新しいアイデアを発展させることができたが、研究成果として公表するには、理論に現れる場、状態と観測量の関係を解明する必要があるといった大きな課題も残っているが、より独創的な研究成果につながる足がかりと考えることができる。
アルファアトラクター模型のアルファ値が２に対応する具体的な模型の構築に成功するといった大きな成果も得られており、研究計画達成度としては、おおむね順調に進展していると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究の最終年度に当たる平成２９年度は、平成２８年度までの研究で得られた成果を発展させてると同時に、広く公表していき、本研究テーマについて次の段階へのステップアップを行うための準備を進める計画である。
平成２８年度までの研究で得られた大きな成果はゲージ相互作用する南部、ヨナ・ラシニオインフレーションの構築とその特徴の解明であり、インフレーション期以降の物理現象も含め、構築した模型の詳細な解析を実施し、アルファアトラクター模型のアルファ値が２に対応する模型の特徴を解明する。平衡状態から外れた古典解近傍でのスカラー場の理論の量子化とその物理的な効果については、理論に現れる場、状態と観測量の関係を、低エネルギーの物理現象へ適用することで解明の足がかりを探る方針である。３フレーバー南部、ヨナ・ラシニオ模型についても磁場中での非平衡現象、前駆現象を探っていく。
研究成果の公表については、論文発表に加えて、学会、研究会、国際会議に接触的に申し込み、可能であればテレビ等のメディアも利用する。また、研究成果について背景となる物理のレビューを含めて分かりやすく解説する一般向けのWebページを作成する。
研究テーマの次の段階へのステップアップのためには、国際共同研究の準備を進めているS.D.Odintsov教授（スペイン）、E.Elizalde教授（スペイン）、R.Jafarov教授（アゼルバイジャン）を訪問、もしくは来日してもらい、様々な角度から検討を加えていく方針である。また、世話人として企画、運営に寄与している「熱場の量子論とその応用」研究会に加え、国際的な規模での会議、シンポジウムの企画にも参加、協力し、広い分野を視野に入れた活動への展開を図る計画である。
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