高余剰次元ブレーン宇宙論の研究

点击翻译按钮获取中文摘要

弦理論的宇宙論の文脈において「宇宙弦」が興味を持たれている。宇宙弦は、理論に含まれる対称性が自発的に破れることで生成され、現在まで存在していることが期待されるひも状の物体である。近年の弦理論的宇宙論の大きな進展により、弦理論のエッセンスを取り入れたインフレーション模型、ブレーンインフレーション模型において通常知られる宇宙弦とは異なる種類の宇宙弦=「宇宙超弦」が生成される可能性が指摘された。これは、宇宙超弦はまさに弦理論に含まれる「超弦」および「D-ブレーン」そのものであり、標準宇宙論からの差異から超高エネルギー物理の様相を直接観測しうる素粒子理論の実験場になりえることを表している。通常の宇宙弦同士が衝突した場合、完全に繋ぎかわることが知られている。一方で、宇宙超弦の場合には「高次元時空」「超弦」「D-ブレーン」の性質により、衝突したとしてもある確率で繋ぎ変わらないことが知られている。つまり、繋ぎ換え確率が1より小さいことが宇宙超弦を発見/棄却する重要な因子になりえる。私はこの性質に注目し、高橋慶太郎助教(名古屋)、仙洞田雄一(APC),柳哲文、佐々木節教授(京都)とともに宇宙弦/宇宙超弦それぞれのCMB温度揺らぎへの影響を調べた。特に、宇宙弦/宇宙超弦は、非線形なダイナミクスにより温度揺らぎにガウス分布からの大きなズレ(非ガウス性)を生成しうることを突き止めた。またその非ガウス性の繋ぎ換え確率依存性を求め、繋ぎ換え確率が小さくなるにつれ、非ガウス性が小さくなることを見出した。また、CMB温度揺らぎのパワースペクトルは通常、数値シミュレーションによってしか与えることができず、またそれらも宇宙超弦を取り扱うことができなかった。しかし我々は、解析的に小スケールでの振る舞いを求める手法を提案し、数値シミュレーションと矛盾しないパワースペクトルを計算することに成功した。さらに、繋ぎ換え確率を小さくする、つまり宇宙超弦的である場合には振幅が大きくなり、張力への制限が非常に厳しくなることを見出した。これらの結果は、弦理論を宇宙超弦を用いて観測的にあらわに制限した最初の例であり、非常に重要な成果であるといえる。