Extended theories of gravity from fundamental physics and their observational tests

来自基础物理学的扩展引力理论及其观测测试

基本信息

批准号：
19J00895
负责人：
青木勝輝
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J00895/
关键词：
重力理論宇宙論量子重力理論

项目摘要

一般相対論の正しさは太陽系実験や重力波観測により確かなものとなっているが、一般相対論自体は究極の物理法則ではなく、背後に潜む量子重力理論の低エネルギー有効理論であると広く理解されている。理論物理学のゴールの１つである量子重力理論の正体に迫るためには、幅広いエネルギースケールでの重力理論の検証及び実際に検証される低エネルギー有効理論と量子重力理論の関係を明らかにする必要がある。本課題では散乱振幅のユニタリー性といった基本性質から得られる整合性条件である正値性条件を用いて、素粒子標準模型と一般相対論の整合性条件を調査した。その結果、素粒子標準模型と一般相対論の正しさは10^16 GeVよりも低いエネルギースケールにおいて新物理が存在しなければならないことを示唆することが明らかとなった。一方、宇宙にはインフレーションやダークエネルギーといった標準物理では説明できない未解決問題が見つかっており、これらの正体を明らかにするために様々な実験・観測が行われている。正値性条件はインフレーション、ダークエネルギーなどを説明する宇宙論的有効理論と量子重力理論の間の整合性条件を導くと期待されるが、様々な理論的難解さにより両者の間の整合性条件を導くことは現状できていない。このような状況のため本課題ではトイモデルとして具体的な基礎理論のそこから得られる宇宙論的有効理論の間にある整合性条件を詳細に調べ、その結果、通常の正値性条件から期待される条件は宇宙論的有効理論においては成り立たないことを発見した。しかしながら、基礎理論と宇宙論的有効理論の間には確かに非自明な整合性条件が存在しており、様々な現象論的示唆を導くことを明らかにした。その他にも宇宙論的有効理論の新たな定式化といった研究に取り組んだ。

广义相对论的正确性已被太阳系实验和引力波观测所证实，但人们普遍认为广义相对论本身并不是终极物理定律，而是其背后的低能有效量子引力理论。为了接近理论物理学的目标之一——量子引力理论的真实本质，有必要在广泛的能量尺度上验证引力理论，并阐明低能有效能量之间的关系。被实际验证的理论和量子引力理论是有必要的。在本项目中，我们利用正性条件研究了基本粒子标准模型与广义相对论的一致性条件，这是由散射振幅统一性等基本性质得到的一致性条件。结果揭示了粒子标准模型和广义相对论的正确性，表明新物理学一定存在于低于10^16 GeV的能量尺度上。另一方面，宇宙中发现了诸如暴涨和暗能量等标准物理学无法解释的未解决问题，并且正在进行各种实验和观察以阐明它们的真实本质。正性条件有望导致解释暴胀、暗能量等的宇宙学有效理论与量子引力理论之间的一致性条件，但各种理论困难使得两者之间目前很难找到一致性条件。可以指导鉴于这种情况，在本项目中，我们将使用一个玩具模型来详细研究具体的基础理论与由此获得的宇宙学有效理论之间的一致性条件，结果发现上述条件在宇宙学上并不成立。有效的理论。然而，已经表明，基础理论和宇宙学有效理论之间肯定存在非平凡的一致性条件，从而导致各种现象学含义。他还致力于宇宙学有效理论的新表述等研究。