精密宇宙観測に基づいたインフレーション及び再加熱の研究

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本年度は、初期宇宙における重力波生成、及び再加熱期の粒子生成の二点を軸に研究を進めた。前者に関しては以下の二本の論文を公表した(arXiv:1604.05035,1605.01403)。(1)素粒子模型に古典共形という性質がある場合に、初期宇宙に強い相転移及び高強度重力波生成が起こる可能性を指摘し、これが将来観測に適した強度・周波数を持つ事を示した。本研究は重力波による素粒子理論の解明可能性を与える点で重要である。(2)初期宇宙に強い相転移及びバブル生成(専門的にはrunaway)が起こる一般の場合に、生成重力波の理論的予言を確定させることは、将来観測の計画上重要である。私は、エネルギー運動量の2点関数を評価することで、従来の数値計算と同じ近似(専門的にはthin-wall・envelope)の下で重力波スペクトルが解析的に得られる事を示した。Envelope近似の妥当性に関しては議論があるが、上記方法はこれを用いない場合に拡張できるため、より精密な予言を与える改良が可能である。後者に関しては以下の二本を公表した(arXiv:1604.08898,1609.05209)。(1)重力セクターと結合するスカラー場の宇宙論的帰結を議論した。現在の宇宙を再現するためには、このような場に強い制限がかかる事が示された。本研究は素粒子模型構築に強い制限を要求する点で重要である。(2)初期宇宙の加速膨張を引き起こした場(インフラトン)が重力と結合する場合の粒子生成を議論した。この結合は、近年LHCで発見されたヒッグス場で加速膨張を可能にする結合として研究されている。本論文では、この模型のインフラトン崩壊過程において、エネルギー移行の最重要プロセスが従来見落とされていた事を指摘した。このプロセスは元の理論に補完を要求する(専門的にはUV補完)ため、一貫した素粒子模型構築の観点から非常に重要である。以上の論文のうち、1604.08898については雑誌掲載済、他3本はプレプリントサーバarXivに公表され、査読中である。