超対称性・超重力理論に基づくインフレーション宇宙論の研究

基于超对称和超引力理论的暴胀宇宙学研究

• 批准号: 06740216
• 负责人: 横山 順一
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06740216/
• 关键词: インフレーション宇宙; 超対称性; 超重力; ドジッター時空; コスミックストリング; バリオン数ゆらぎ; スカラーニュートリノ

本年度の研究成果のうちまず特筆すべきことは、超重力理論のもとではじめてカォティックインフレーションを自然に起こす機構を発見することに成功したことである。ここでは非正準な運動項を持つ場を導入することによって、スカラーポテンシァルの指数関数的発散を回避するとともに、グラビチ-ノに大きな質量を与えることが可能になり、エントロピー過剰生成の問題も解決されるようになったものである。このモデルではもちろん先に我々が提唱したスカラーニュートリノによるカォティックインフレーションの利点はすべて保存されており、これによって初期宇宙の進化を記述するより現実的な素粒子モデルができたといえる。このほか、超対称性の入ったインフレーション宇宙においてスカラークォークからどのようなバリオン数揺らぎが生成するかを計算し、どのような場合においても宇宙論的に意義のあるスペクトルは得られないことがわかった。さらに、インフレーション時代のスカラー場の挙動を解析し、質量が零であっても適当な自己相互作用があればドジッター不変な状態に漸近することを示した。また、コスミックストリングループの運動をゲージ場やスカラー場の運動方程式を直接解くことによって数値的に解析し、南部後藤作用から得られる運動とよく一致することを見出した。これはループからの重力波放出の従来の計算結果を支持するものである。以上のほか、銀河分布のシミュレーションのカウントインセル法による解析、および電弱相転移における熱的揺らぎの大きさに関する論文を執筆し、現在投稿中である。

今年最引人注目的研究成果是我们首次成功发现了基于超引力理论的自然引发混沌暴胀的机制。通过引入具有非正则运动项的场，可以避免标量势的指数发散，并给予引力子较大的质量，这也解决了熵产生过剩的问题。当然，这个模型保留了我们之前提出的标量中微子引起的混沌暴胀的所有优点，可以说，这个模型为描述早期宇宙的演化提供了一个更加真实的粒子模型。此外，我们还计算了超对称暴胀宇宙中的标量夸克会产生什么样的重子数涨落，结果发现无论如何都无法获得具有宇宙学意义的谱。此外，我们分析了暴胀时代标量场的行为，并表明即使质量为零，如果存在适当的自相互作用，它也会渐近到Dositter不变状态。我们还通过直接求解规范场和标量场的运动方程，对宇宙弦环的运动进行了数值分析，发现它与南部后岛作用得到的运动吻合良好。这支持了先前对环路引力波发射的计算。除了上述内容之外，我还撰写了关于使用细胞内计数方法分析星系分布模拟以及关于电弱相变中的热波动幅度的论文，我目前正在提交这些论文。

项目成果

A.A.Starobinsky,J.Yokoyama: "Equilibrium state of a self-interacting scalar field in de Sitter background" Physical Review D. 50. 6357-6368 (1994)

A.A.Starobinsky、J.Yokoyama：“德西特背景中自相互作用标量场的平衡状态”物理评论 D. 50. 6357-6368 (1994)

横山順一 他: "大学院 宇宙物理" 講談社(印刷中),

横山淳一等人：《研究生院天体物理学》讲谈社（出版中），

J.Yokoyama: "Formation of baryon-number fluctuations in supersymmetric inflationary cosmology" Astroparticle Physics. 2. 291-297 (1994)

J.Yokoyama：“超对称膨胀宇宙学中重子数波动的形成”天体粒子物理学。

M.Nagasawa,J.Yokoyama: "Numerical Analysis of the dynamics of a cosmic string loop" Physics Letters B. 未(印刷中). (1995)

M. Nagasawa、J. Yokoyama：“宇宙弦环动力学的数值分析”Physics Letters B.（出版中）。

H.Murayama,H.Suzuki,T.Yanagida,J.Yokoyama: "Chaotic inflation and baryogenesic in supergravity" Physical Review D. 50. R2356-R2360 (1994)

H.Murayama、H.Suzuki、T.Yanagida、J.Yokoyama：“超重力中的混沌膨胀和重生”物理评论 D. 50. R2356-R2360 (1994)