2016 Fiscal Year Annual Research Report
Ｂｉｇｒａｖｉｔｙ理論の理論的研究及び観測的検証性
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15J05540
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
青木 勝輝 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 修正重力理論 / ダークマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙に存在するダークエネルギーやダークマターに関して、重力理論を一般相対論から修正するアプローチで研究を行っている。特に私はBigravity理論と呼ばれる、質量ゼロの重力子と質量をもった重力子の両方によって重力が伝搬される理論に興味をもって研究を行っている。当該年度は、向山信治氏（京都大学・教授）との共同研究によって、質量をもった重力子自体がダークマターとなる可能性について議論した。その結果、時空のゆらぎから背景時空への反作用を計算することによって、質量を重力子自体が確かにダークマターとして振る舞うことを示した。さらにこのシナリオでは、一般にはダークマターと重力波が初期宇宙で同時に生成されるため、将来の重力波観測によって検証可能であることを示した。また、水野俊太郎氏（早稲田大学・助教）との共同研究では、C. de Rhamらによって提唱された手法を用いることで、一般的な時空における有質量重力子の質量ゼロ極限について一般的な議論を行った。その結果、現在まで知られていた静的球対称解は不安定であることが明らかになった。この結果は、質量の軽い有質量重力子は太陽スケールでの実験と矛盾するという問題点があることを指摘する。しかし、同時にこの不安定性の解決策についても議論を行っており、安定な解を見つけるためには質量をもった重力子のベクトルモードがゼロでない値を持てばよいという点も明らかにした。これらの結果は３つの学会発表及び２編の学術論文としてPhysical Review Dに発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題のテーマの1つは質量をもった重力子の高エネルギーでの振る舞いを調べることであった。当該年度では、水野氏との共同研究によってこのテーマに対する一般的な議論を行うことができ、その結果を学術論文として発表した。一方で、向山氏との共同研究では本研究分野における未開拓分野を切り開くことができ、この結果も学術論文として発表している。この研究は当初予定していたものではないが、今後の重力波観測などと関連して今後重要なテーマと考えられるため、今後も研究を続けていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、私は高次元でのBigravity理論をコンパクト化した際の議論と重力子がダークマターとなるシナリオについての議論を行っている。前者では、一般次元のBigravity理論を仮定した場合に、４次元部分が加速膨張し、残りの次元がコンパクト化されている解が安定であるかを議論した。この場合、Gauss-Bonnet項を導入すると安定な解を得ることができる。一方後者では、重力子がランダム場でなく凝縮場である場合のシナリオについて議論している。これらは前田恵一氏（早稲田大学・教授）との共同研究である。また、向山氏との共同研究として、重力子の質量が時間変化するようなモデルについての解析も行っている。この場合、重力子がダークマターであると仮定すると、ダークマターとバリオンの存在比を初期条件の微調整なしに説明できるシナリオが構築できる可能性があり興味深い。これらの結果はより詳細な議論を引き続き行い、その後に論文を執筆する予定である。
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