ゲージ対称性に基づいたアクシオン模型と宇宙論

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本研究の目的は、ゲージ対称性によりペッチャイ・クイン対称性を保護する機構に基づく宇宙論の問題の解明、そして階層性や暗黒物質の問題を解く模型への応用である。当該年度は特に、ペッチャイ・クイン対称性の破れから生じる位相欠陥の形成や発展の検証が主な目的であった。我々の提案した保護機構では一つの大域的対称性と一つのゲージ対称性の計二種類の位相回転に関わる対称性が少なくとも要求される。宇宙初期の加速膨張後に両方の対称性が破れる場合に注目し、形成が期待される宇宙ひもやドメインウォールの類型を明らかにし、最終的には、数値シミューレーションによる検証が目的であった。成果として我々は新しいタイプの宇宙ひも解を見つけた。これまで知られていた解は、大域的対称性の破れによって生じる大域的宇宙ひも解とゲージ対称性の破れに伴って生じる局所的宇宙ひも解の大きく二種類に分類されていた。前者の宇宙ひもには長距離の力が働く。後者の宇宙ひものはゲージ場を伴った配位をしており、ゲージ結合定数とスカラー場の自己相互作用定数の大きさの比にその性質が依存し、比較的短距離にしか力が働かない。一方で、我々の発見した新しい解は、両者の中間の性質を持つことを明らかにした。つまり、新しい宇宙ひもの配位にはゲージ場が伴うが、大域的宇宙ひものような長距離の引力または斥力で相互作用することが分かった。さらに、新しい宇宙ひもの形成と発展を調べるため、1+2次元時空間の格子シミュレーションを行い、宇宙ひもネットワークの性質等を調べた。