重力波を用いた素粒子論的初期宇宙の研究

利用引力波的粒子理论研究早期宇宙

基本信息

批准号：
13J08360
负责人：
神野隆介
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08360/
关键词：
初期宇宙重力波インフレーション相転移高エネルギー物理

项目摘要

【インフラトン起源の重力波生成】インフレーション終了期に、インフラトンのコヒーレント振動がもたらす重力子(重力波)生成を研究した。まず、重力及びインフレーションを仮定した場合に理論的に最小限のセットアップを研究し、重力波生成が実際起こるものの、観測に足るだけの振幅を持たないことを示した。しかし、インフラトンと重力とが結合する(=最小限でない)場合には、重力子を含む特徴的な粒子生成が起こる可能性がある。そこで特に、素粒子標準模型のヒッグス場をインフラトンとして用いるような模型に現れる結合に着目し、粒子生成の解析を行った。まずこのような系を一般に解析する手法を提案した後、微分型と呼ばれる結合を持つ場合の粒子生成を研究した。結果として、理論に不安定性があること、及び重力子の共鳴生成が起こる可能性を指摘した。また、博士論文において微分型でない結合を持つ場合の解析も行った。【ヒッグス相転移起源の重力波生成】宇宙の相転移が重力波生成を伴う可能性は広く知られているが、標準模型ヒッグス場による相転移は非常に弱く、重力波生成も非常に少ない。一方、素粒子標準模型は自身の欠陥のため拡張が必要であり、そのような拡張において新たなスカラー場が現れることが多い。このスカラー場の存在に起因して、ヒッグスの相転移の性質が変化し、観測可能な痕跡が生まれる可能性が研究されていた。ここで私は、先行研究が「熱化」したスカラー場のみを考えていることに着目した。実はスカラー場は必ずしも「熱化」しておらず、時間変化する期待値を持って「運動」することがある。このスカラー場の時間変化が、標準模型ヒッグス場の転移スケール及びその４点結合のエネルギー依存性を変更し、相転移が１次相転移(強い相転移)となる可能性を研究した。実際、模型のパラメータによっては１次相転移が起こり、それに伴う重力波が将来的に観測可能であることが示された。

[从源头产生重力波]在通货膨胀结束时，我们研究了由基源的相干振荡引起的引力波的产生。首先，当我们假设重力和通货膨胀时，我们研究了理论上的最小设置，表明尽管实际发生了引力波的产生，但它没有足够的振幅来观察。但是，当依发源和重力组合（=最小）时，可能会发生含有重力离子的特征颗粒形成。因此，我们专注于使用标准基本粒子模型的HIGGS场中出现的结合物，并分析了粒子的产生。首先，我们提出了一种通常分析此类系统的方法，然后在存在键时研究粒子形成，称为差异类型。结果，该理论是不稳定性和引发引力产生的可能性。我们还对博士学位论文中的非差异键进行了分析。 [来自HIGGS相变的引力波的产生]众所周知，宇宙相变涉及引力波的产生的可能性，但是由于标准模型HIGGS场引起的相变非常弱，并且引力波的产生也很小。另一方面，基本粒子标准模型由于其自身的缺陷而需要扩展，并且新的标量场通常出现在此类扩展中。该标量场的存在可能会改变希格斯相变的性质，从而导致可观察到的痕迹。在这里，我专注于以下事实：以前的研究仅考虑已被“热层化”的标量字段。实际上，标量场不一定是“热”，有时会随着时变的预期值而“移动”。这个时变标量场改变了标准模型HIGGS场及其四点耦合的过渡量表的能量依赖性，并且相变成为一阶相变（强相变）的可能性。实际上，已经表明，某些模型参数会导致一阶相变，并且将来可以观察到随附的重力波。