2017 Fiscal Year Research-status Report
ワームホール形成における爆発的粒子生成と超伝導回路を用いたその再現実験の提案
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15K05086
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
宮本 雲平 秋田県立大学, 総合科学教育研究センター, 准教授 (70386621)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 相対論 / ワームホール / 超伝導回路 / 場の量子論 / タイムマシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子論が一般相対論に基づく古典的時空描像を覆す例として、ブラックホールの蒸発やインフレーションによる密度揺らぎの生成がよく知られている。本研究の大きな目標（全体構想）は，ワームホールについて同様のパラダイム「ワームホール形成は量子論によって禁止されること」を提示することである。本研究は、ワームホール形成の本質を空間のトポロジー変化と捉えることから始め、その上で、トポロジー変化には不安定性（爆発的粒子生成）が伴うこと、それを裏付ける実験方法が存在すること、ワームホール形成を表す具体例で不安定化が起こること、を示すものである。
本研究では、まず、1次元空洞の中央で壁が瞬間的に消滅した場合に、スカラー場の真空がどのように励起され、どの程度粒子が生成されるのかを評価した。その結果、壁が消滅した瞬間、爆発的に粒子が生成されることを解析的に示すことに成功した。壁の消滅はワームホール形成をモデル化したものであるため、この結果は、ワームホール形成が量子場の反作用によって不安定化することを強く示唆している。これらの成果は、Physical Review D誌（米物理学会）に掲載され、国際研究会を含むいくつもの研究会で発表された。また、この解析をより一般化したものに関して現在一本の論文を執筆中である。
また、一般相対論において、ワームホールの理解とブラックホールの理解は相補的な関係にあるが、期間中に申請者はブラックホール時空中における粒子加速、光の行路に関する問題、高次元ブラックホールの安定性、流体物理との対応などに関する研究を行った。これらの成果は論文にまとめられ、日本物理学会や相対論関連研究会で発表された。
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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
1次元空洞における壁の消滅という問題に帰着させ、粒子生成の解析的な評価に成功した点は、非常に大きな進展であった。ただ、当初予定していた、実際のワームホール形成を表す時空における粒子生成の評価は目下取り組んでいる最中であり、その意味で進捗はやや遅れていると言える。また、その解析を終わらせるために研究期間の延長を申請し、受理されている。
しかし、1次元空洞における壁の消滅という問題は、当初予定されていたより多くの物理を含んでおり、その成果をまとめた論文においては、壁の消滅と同時に壁の出現を論じたり、過去の研究との比較研究を行うなどした。その結果、幾つかの新たな方向の研究が発生し、その意味では、当初予定していたより多様な進展を見せている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず、実際のワームホール形成を表す時空（アインシュタイン方程式の解）において、ワームホール形成時にどの程度粒子が生成するかを評価しなければならない。同時に、実験室における再現方法を考案することもするが、その基本的なアイデアはこれまでの考察で得られているため、それは現在執筆中の論文に含める予定である。また、空洞における壁の消滅と出現に関して、壁における境界条件を一般化した問題も考えていく。
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| Causes of Carryover |
本研究ではワームホール形成における量子論的な粒子生成を評価し安定性を議論する。しかし、現在までに平坦な時空におけるトイモデルの計算は終わっているが、現実的なワームホール形成を表す時空における粒子生成の評価に思った以上に時間を要している。したがって、現実的モデルにおける粒子生成の評価を行い成果を論文としてまとめるために延長を申請し受理されている。未使用額は研究会における成果発表（旅費）に使用する。
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