電弱理論に基づく原始宇宙磁場生成機構の研究

基于电弱理论的原始宇宙磁场产生机制研究

• 批准号: 15J01345
• 负责人: 小幡 一平
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J01345/
• 关键词: インフレーション; 原始重力波; 統計的非等方性; 円偏光成分; 重力波干渉計; ゲージ場; アクシオン; インフレーション期のゲージ場の粒子生成; パリティ対称性の破れたカイラルな原始重力波の生成

我々は前年度に引き続き、宇宙のインフレーション期におけるゲージ場のダイナミクスから生成される原始重力波について、理論的・観測的双方の側面から研究を行った。通常、原始重力波は真空の揺らぎがインフレーションの加速膨張で引き延ばされて生成され、観測するスケールに依らないほとんど一定の大きさのパワースペクトルを予言する。しかし、インフレーション期にゲージ場がスカラー場と結合していると、スカラー場の運動によってゲージ場が増幅し、成長したゲージ場が通常とは異なる統計的情報を持った原始重力波を作る可能性があることが知られている。当該年度、我々はインフレーション期にゲージ場が主要な役割を果たす代表的なシナリオである「非等方インフレーション」について、原始重力波の生成機構に焦点を当てた研究を行った。このシナリオではゲージ場が成長し、ベクトル場の方向に依存して原始重力波に統計的非等方性を作ることが知られている。しかし、現在までの宇宙背景放射(CMB)の観測データからその大きさは非常に小さい値に制限されていると思われてきた。本研究を進めていく中で、我々は上記の理由がモデルの中でゲージ場とCMBの温度揺らぎの種となるスカラー場が直接結合していることにあると突き止めた。そして、ゲージ場と結合している場が別のスカラー場であれば、CMBの温度揺らぎの観測制限を満たしながら大きな統計的非等方性を持った原始重力波が生成され得ることを発見した。また並行して、これまでの非等方インフレーションモデルから作られる統計的非等方性が、ゲージ場の確率論的効果によって以前に見積もられていた値よりも大きくなり、CMB観測を満たすことが難しいことも発見した。因みに、我々が提唱したモデルはこの確率論的効果が無視できる。

延续去年，我们从理论和观测两个方面对宇宙膨胀时期规范场动力学产生的原初引力波进行了研究。通常，当真空涨落因膨胀加速膨胀而被拉伸时，就会产生原初引力波，并预测出一个几乎恒定的功率谱，该功率谱与观测尺度无关。然而，当规范场在膨胀期间与标量场耦合时，规范场会因标量场的运动而被放大，并且增长的规范场可能会产生具有与平常不同的统计信息的原初引力波。确实有。本财年，我们重点研究了“各向异性暴胀”的原初引力波产生机制，这是暴胀时期规范场发挥主要作用的典型场景。在这种情况下，规范场会增长，并且已知会根据矢量场的方向在原始引力波中产生统计各向异性。然而，根据迄今为止对宇宙背景辐射（CMB）的观测数据，人们认为其大小仅限于一个非常小的值。随着研究的进展，我们发现出现上述情况的原因是规范场和标量场（CMB 中温度波动的来源）在模型中直接耦合。他们还发现，如果与规范场耦合的场是另一个标量场，则可以在满足CMB温度波动的观测限制的同时产生具有较大统计各向异性的原初引力波。同时，由于规范场的随机效应，之前的各向异性膨胀模型产生的统计各向异性比之前估计的要大，满足CMB观测也发现很难。顺便说一句，在我们提出的模型中可以忽略这种随机效应。

项目成果

Does anisotropic inflation produce a small statistical anisotropy?

• DOI: 10.1088/1475-7516/2018/01/049
• 发表时间: 2017-11
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: Tomohiro Fujita;Ippei Obata

Chromo-Natural Inflation in the Axiverse

轴宇宙中的色自然膨胀

• DOI: 10.1103/physrevd.92.063516
• 发表时间: 2015
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Ippei Obata;Takashi Miura and Jiro Soda
• 通讯作者: Takashi Miura and Jiro Soda

Primordial Chiral Gravitational Waves from the Axiverse

来自轴宇宙的原始手性引力波

• 发表时间: 2015
• 作者: 小幡 一平;早田 次郎;Ippei Obata;小幡 一平;小幡 一平;小幡 一平;小幡 一平
• 通讯作者: 小幡 一平

Blue tensor spectra with slightly parity-violated from axion-gauge couplings

轴子规范耦合轻微宇称破坏的蓝色张量光谱

• 发表时间: 2016
• 作者: Ippei Obata;Takashi Miura and Jiro Soda;小幡 一平;Ippei Obata;Ippei Obata;小幡 一平;Ippei Obata;Ippei Obata;Ippei Obata;Ippei Obata;Ippei Obata
• 通讯作者: Ippei Obata

Primordial GWs sourced by gauge field

由规范场获取的原始引力波

• 发表时间: 2018
• 作者: Ippei Obata;Takashi Miura and Jiro Soda;小幡 一平;Ippei Obata;Ippei Obata
• 通讯作者: Ippei Obata