Exploring fundamental variables of gravity through early universe observations

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一般相対論と量子論の不整合性やダークエネルギー、ダークマター、インフレーションといった宇宙論に残された数々の謎の存在は一般相対論を超えた重力理論の必要性を示唆している。本研究の大きな目的は現象論研究と理論研究の両者を相補的に用いることで宇宙を用いた重力理論の検証を行うことである。このためには有効場理論の手法が特に有用であり、本年度は以下にあるような有効場理論に関する様々な現象論研究を行った。また散乱振幅のユニタリー性らを用いることで有効場理論に対する理論的な整合性条件を得ることが可能である。そこで現象論と相補的に、散乱振幅などを用いた理論研究も同時に行った。具体的には本年度は次のような成果を得た。(1) 前年度に定式化したベクトル場の宇宙論的有効場理論を拡張し、流体・固体・エーテルといった連続体物質に対する宇宙論的有効場理論を定式化した。(2) コンパクト天体といった強重力場では有効場理論の描像が破綻しうることを示し、紫外完全化の効果を取り入れたベクトル場のコンパクト天体解を構築した。(3) スピン２ダークマター模型の新たなシナリオを提案した。(4) 不安定粒子の散乱振幅に対するユニタリー性の条件を第一原理的に導いた。(5) 有効場理論的描像からベクトル場の新たな相互作用を指摘し、そのコンパクト天体解への影響を調べた。(6) 宇宙論を用いた重力理論検証に関するレビューを執筆した。(7) 宇宙論的有効場理論のもつ双対性を明らかにした。