研究内容 / Research contents

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※このページは分野の大まかなイメージを掴んで頂くことを目標にしています。

原始宇宙磁場と原始重力波についての研究

【共同研究者： 論文リスト [7, 10, 11] の共著者の皆さん(大変お世話になりました)。】

（注：ここでは、過度に正確さに拘らず、研究テーマの概要をご紹介します。）

大まかな説明：

  地上や星の周囲、そして銀河間など、宇宙には様々なスケールの磁場が存在することが観測から示唆されています(観測のレビュー論文としてはTanmayが有名)。中でも、銀河間に存在する巨大なコヒーレンス長（磁場が一定と見做せる代表的なスケール）の磁場の存在が観測から示唆されており、その生成機構がよく議論されています。磁場のコヒーレンス長は磁場を発する物質のスケールにおおよそ比例するため、コヒーレンス長が銀河スケール以上の磁場はインフレーション由来ではないかという説があります。現在の背景磁場がインフレーション期から存在していたと仮定すると、原始重力波を考える上で磁場は大変重要な意味を持つことになり得ます。例えば、もしインフレーション期に強い背景磁場があったとすると、Gertsenstein効果（磁場を介した相互作用によって重力派が電磁波になったり、電磁波が重力波になる現象）を通して背景磁場が原始重力波のスペクトラムを変化させて、背景重力派に乗る情報として現在まで残されているかもしれません。このような状況を仮定し、重力波のスペクトラムや量子状態がどのように変化するかを検討しています。

　今後は宇宙磁場だけでなく、より広く磁場の関わる現象に対象を広げて、磁場と重力波との関連を研究したいと思います。

回転BH周りの安定性の解析 

【共同研究者： 論文リスト [3,6,8] の共著者の皆さん(大変お世話になりました)。】

大まかな説明：編集中です。しばらくお待ちください。

真空崩壊は、場の理論版のトンネル効果のようなものです。トンネル効果は、古典力学的には乗り越えられないポテンシャル障壁を、量子力学で記述される波動関数としての粒子は透過する現象です。同じように量子場のポテンシャルを考えた時に、真空状態(ある種のエネルギー基底状態)が局所的(local)であるか、大域的(global)であるかが重要となります。真空状態はポテンシャル障壁に囲まれたような状態なので、ポテンシャル障壁の外側にもっとエネルギーの低い安定な状態があれば、トンネル効果でそちらの状態に遷移する可能性があります。この過程を真空崩壊と呼んでいます。この過程の最初の真空を偽真空(false vacuum)、遷移後の真空を真真空(true vacuum)と呼んだりします。また、遷移が起きている領域と起きていない領域の境界は泡(bubble)などと呼ばれます。ブラックホールがある時空では、この泡の発生確率が変わるので、近年その関係がよく議論されています。

一方でブラックホールが回転している場合で、回転が極端に強い場合などを考えると、ブラックホール周りの摂動が成長していく場合があります。このような成長を放置していくと、際限なく成長してしまうので、このような場合も不安定だと表現します。この研究では、共同研究者と共にどちらの不安定性の方がより重要なのかを調査しました。

Unruh効果に関連する理論の解析 

【共同研究者：  論文リスト[1,2,4,5] の共著者の皆さん(大変お世話になりました)。】

（注：ここでは、正確さに拘らず研究テーマについてのイメージを紹介しています。）

大まかな説明：編集中です。しばらくお待ちください。

  Unruh効果とは、加速運動する観測者は静止系の「真空状態」を熱的な「励起状態」として捉える、という理論予言です。曲がった時空上の場の量子論という分野で予言されている現象で、一般相対論の等価原理の発想で観測者の加速度を重力に置き換えて考えるとHawking放射に相当する現象です。場の量子論では、「場」のラグランジアンから変分原理を用いて得られる基礎方程式（Dirac方程式やKlein Gordon方程式など）により時間発展を記述しますが、場の方程式には時間微分や空間微分が含まれています。重力や加速度で時間や空間が伸び縮みしていると、方程式の形が変わるので、当然得られる解も変わります。直感的には、三角定規に力を加えて形を歪めると、三平方の定理は成り立たない(修正される)ようなイメージで、重力があると時間・空間座標上の距離が変わるので、時間や空間の微分を含む形の方程式は修正されます。Unruh効果は、一つの状態に対して、静止系（時空が伸び縮みしていない観測者）から観測した場合と、加速度系（加速度により時空が伸び縮みしている観測者）からみた場合とで異なる、ということに由来しています。（Unruh効果のレビュー論文として、A. Higuchi et al.(2008),  が有名です。arXivでのプレプリントも勉強になります。）