初期宇宙の相転移・位相的欠陥による重力波の放出率

早期宇宙中相变和拓扑缺陷引起的引力波发射率

• 批准号: 05218206
• 负责人: 横山 順一
• 金额: $ 0.32万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05218206/
• 关键词: 相対性理論; 宇宙論; 重力波; 相転移; トンネル効果; コスミックストリング; 南部後藤作用

本年度はまず、宇宙の一次相転移のときに時空構造の変化にともなって量子的に生成する重力波に対する知見を得るための第一歩として、多次元トンネル系を場の理論的手法で記述し、トンネル場と相互作用するスカラー場の量子的な振る舞いを考察した。具体的には、平担な時空において二つのスカラー場φとσを用意し、φを量子トンネル効果を起こす場、σをφに依存した質量項をもつ場とした。そして、φの相転移が薄壁近似で記述される場合を考え、σの質量としてはφの壁上だけでゼロでない値をとる、δ関数型の質量項を与えた。その結果、相転移によってφ場の泡が生成すると、泡の外ではσの量子状態は真空と一致するが、泡内ではエネルギー運動量テンソルが非自明な振る舞いをすることがわかり、泡内で場の量子的励起が起こることが示唆された。こうして得られたエネルギーは輻射と同様の振る舞いを示し、そのときの時空構造は開いた宇宙と同じであるため、これを熱い開いた宇宙の量子的生成と解釈することも可能である。また、この手法は重力の効果を取り入れることによって量子的重力波の生成の問題に応用可能であり、この研究は現在進行中である。次に、位相的欠陥から放出される重力波に関する基礎的かつ重要な問題として、コスミックストリングループの運動に関する南部後藤作用関数の妥当性と数値計算によって検証した。ここでは、アーベリアンヒッグスモデルに基づいてストリングループをゲージ場とヒッグス場によって直接構成し、場の方程式を数値的に解くことによってループの進化を追った。その結果、南部後藤作用から予想されるループの進化の描像は、ループの半径がストリングコアと同程度に小さくなるまで正しいことがわかった。これに関しては現在論文を執筆中である。

今年，我们首先使用理论场方法描述了多维隧道系统，作为获得有关引力波的了解的第一步，这些引力波与宇宙的一阶相变期间时空结构的变化是量子生成的，并检查了与隧道场相互作用的标量场的量子行为。具体而言，在平坦的时空中制备了两个标量场φ和σ，其中φ是引起量子隧道效应的场，而σ是质量项的质量项，该场依赖于φ。然后，考虑到φ的相变为薄壁近似的情况，即δ函数的质量项，该函数仅在φ壁上占非零值。结果，当相变产生具有φ场的气泡时，σ的量子状态与气泡外部的真空一致，但是能量动量张量在气泡内的行为非平凡，这表明量子场激发发生在气泡内。以这种方式获得的能量与辐射相似，当时的时空结构与开放的宇宙相同，因此它也可以解释为热，开放的宇宙的量子生成。此外，通过纳入重力效应，该方法可以应用于量子引力波产生的问题，目前正在进行这项研究。接下来，我们通过Nanbu Goto Action函数的有效性和数值计算的有效性验证了有关从拓扑缺陷发出的重力波和重力的基本问题。在这里，我们通过基于Arberian Higgs模型直接与仪表字段和HIGGS字段构造字符串组以及数值求解字段方程，从而遵循了循环的演变。结果，发现循环的演变是由Nanbu Goto Action预测的，直到环半径与弦芯一样小，直到循环半径变得很小。我目前正在写一篇论文。

项目成果

E.Gaztanaga 横山順一: "Statistical distribution of number-density fluctuations of galaxies" Vistas in Astronomy. 37. 439-442 (1993)

E.Gaztanaga Junichi Yokoyama：“星系数量密度涨落的统计分布”《天文学展望》37. 439-442 (1993)。

横山順一 他: "大学院宇宙物理(第9章)" 講談社(印版中), (1994)

横山淳一等人：《研究生院天体物理学（第9章）》讲谈社（印刷版），（1994年）

佐々木節 田中貴浩 山本一博 横山順一: "Quantum state inside a vacuum bubble and creation of an open universe" Physics Letters B. 317. 510-516 (1993)

Setsu Sasaki、Takahiro Tanaka、Kazuhiro Yamamoto、Junichi Yokoyama：“真空泡内的量子态和开放宇宙的创造”《物理快报》B. 317. 510-516 (1993)

佐々木節 田中貴浩 山本一博 横山順一: "Quantum state during and after nucleation of an O(4)-symmetric bubble" Prog.Theor.Phys.90. 1019-1038 (1993)

Setsu Sasaki、Takahiro Tanaka、Kazuhiro Yamamoto、Junichi Yokoyama：“O(4) 对称气泡成核期间和之后的量子态”Prog.Theor.Phys.90 (1993)。

佐々木節 鈴木博 山本一博 横山順一: "Probability Distribution Functional for equal-time correlation functions in curved space" Int.J.of Modern Physics A. 9. 221-238 (1994)

Setsu Sasaki、Hiroshi Suzuki、Kazuhiro Yamamoto、Junichi Yokoyama：“弯曲空间中等时相关函数的概率分布泛函” Int.J.of 现代物理学 A. 9. 221-238 (1994)