非等方インフレーション理論の構築とその宇宙背景輻射観測による検証

各向异性暴胀理论的构建及其宇宙背景辐射观测验证

基本信息

批准号：
10J00926
负责人：
渡辺晶明
金额：
$ 1.34万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

○宇宙理論における対称性の研究本研究では、原始宇宙の対称性が従来考えられているものよりも低い可能性をとりあげ、その現象論的意義を考察するものである。が、物理学において対称性と、その変遷は、それそのものが本質的な問題である。例えば、現在通説となっている、素粒子標準模型は、U(1)*SU(2)*SU(3)という対称性に基づいている。高エネルギーでは、このような対称性を有するが、低エネルギーではHiggs効果により、U(1)*SU(2)は、U(1)_<EM>に破れている。この機構に関連するHiggs粒子のCERNでの発見も記憶に新しい。そこで、宇宙論における対称性の問題に対してもこの様な見地から考察し、理解を深めた。具体的には、従来の一般相対性理論に基づくFriedmann-Lemaitre宇宙ではなく、一般相対性理論の前提とする等価原理の示唆するローレンツ対称群SO(1,3)を更に大きな対称性である、一般線形群GL(4,R)に拡張した重力理論の下で、初期宇宙の進化を考察することを目指し、関係各理論に対し、理解を深めた。○非等方インフレーションにおける原始揺らぎの性質の研究本研究では、前年度までに構成した、空間的な非等方膨張を特徴とする"非等方インフレーション一様背景宇宙モデル"に基づき、摂動を線形の次数で考慮することによって、原始揺らぎに反映される統計的非等方性の評価を行った。非等方宇宙においては従来の等方宇宙の場合と異なり、重力波と密度揺らぎの力学的自由度が線形次で相互作用をするため、これを適切に扱わなければならず、一般には従来の手法をそのまま適用することが出来ない。しかし本研究では、時刻一定超曲面の与え方を超曲面の3次元的な曲率が零になるようにとることにより、従来の等方モデルに準じた摂動の取り扱いが可能であることを発見した。この手法により、本非等方インフレーション理論が従来考えられてきた(1)密度ゆらぎパワースペクトルの方向依存性の他、(2)重力波パワースペクトルの方向依存性、(3)密度揺らぎと重力波との相関、(4)重力波の直線偏極、といった従来顧みられることのなかった統計的非等方性の特徴を予言することが明らかになった。

○宇宙学理论中的对称性研究在这项研究中，我们将探讨原始宇宙的对称性低于先前认为的可能性，并检验其现象学意义。然而，在物理学中，对称性及其演化本身就是重要问题。例如，目前被广泛接受的基本粒子标准模型是基于对称性U(1)*SU(2)*SU(3)。在高能量下，它具有这样的对称性，但在低能量下，U(1)*SU(2) 由于希格斯效应而分解为 U(1)_<EM>。与这一机制相关的欧洲核子研究组织希格斯粒子的发现也让人记忆犹新。因此，我从这个角度思考宇宙学中的对称性问题，加深了理解。具体来说，我们的对称性不是基于传统广义相对论的弗里德曼-勒梅特宇宙，而是比等效原理提出的洛伦兹对称群SO(1,3)更大的对称性，这是广义相对论的前提我们旨在将引力理论下的早期宇宙演化考虑到广义线性群GL(4,R)，并加深对各个相关理论的理解。 ○各向异性暴涨的原始涨落特性研究在本研究中，我们将基于前一年构建的、以空间各向异性膨胀为特征、考虑线性阶数的“各向异性暴涨均匀背景宇宙模型”来研究扰动。，我们评估了原始波动反映的统计各向异性。在各向异性宇宙中，与传统的各向同性宇宙不同，引力波的机械自由度和密度涨落以线性顺序相互作用，因此必须适当处理这一点，并且一般情况下，传统的方法不能按原样应用。然而，在这项研究中，我们发现通过以超曲面的三维曲率变为零的方式给出时间常数超曲面，可以处理类似于传统各向同性模型的扰动。使用这种方法，目前的各向异性膨胀理论先前被认为包括（1）密度涨落功率谱的方向依赖性，（2）引力波功率谱的方向依赖性，以及（3）密度涨落和引力波。很明显，这一预测预测了过去没有考虑到的统计各向异性特征，例如（4）引力波的线性偏振。