Weak gravity conjectue and its application to particle physics and cosmology

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本研究の目的は、量子重力と無矛盾な素粒子論・宇宙論模型の判別条件「スワンプランド条件」の1つとして期待されている「弱い重力予想」の理論検証および一般化を行い、その現象論的帰結を明らかにすることである。これにより、量子重力理論への現象論的アプローチを開拓する。前年度の成果を受け、2021年度は野海が中心となり、「重力理論における散乱行列理論」のスワンプランド研究への応用を進めた。散乱振幅のユニタリ性や因果律を用いると「粒子の質量や相互作用に対する様々な不等式」が導出できることが知られている。この考え方を重力理論に応用し、素粒子標準模型における散乱振幅を重力相互作用まで考慮して解析することで、力の統一を示唆する結果が得られた。その過程では、ゲージ相互作用だけでなく、スカラー粒子が媒介する湯川相互作用に対しても弱い重力予想と類似の条件が得られるなど、手法の汎用性を予感させるものがあった。また、同様の手法を用いてスカラー場のポテンシャルが満たすべき不等式を導出した。今後は素粒子標準模型を超えた具体的な素粒子論・宇宙論模型に手法を応用していきたい。また、重力理論における散乱行列理論の定式化自体にも解決すべき理論的問題が残っており、その点を掘り下げるのも今後の課題である。早田は、弦理論に動機づけられたアクシオン暗黒物質の研究を進めた。特に、マグノンを用いたアクシオン探査の新たな手法を提案した。関連して、アクシオン暗黒物質模型における量子コヒーレンスの研究も行った。泉は、これまでに行ってきた「面積不等式」の研究をさらに推し進めた。角運動量などのより詳細な情報を取り入れることで、より強い不等式を導出することに成功した。