計画班: D23

超弦理論の宇宙論による検証

重要な成果

ブレーン時空で宇宙論的な洞察をする際に問題となるのが、いかにして曲がった 余剰次元を解くかということである。そこで、4次元の低エネルギー有効理論を得る ために余剰次元方向について長波長展開による解法を考案した。更に、この有効理 論を用いて、より現実的な超弦理論に基づいた系に応用し、宇宙項と重力定数との 関係を明らかにした。一方で、ブレーン宇宙では宇宙論的なスケールで重力の法則 の変更を伴うような模型が存在するが、そのような場合の宇宙の大規模構造の解析 を行い、SDSS(スローンデジタルスカイサーベイ)による銀河の観測データと比較す ることで模型に対する制限について考察を行った。

年度毎の進展と成果

平成13年度

時間に依存する背景場で具体的に解ける平面波時空上の弦理論に ついて研究した。特に, Dブレインを背景場とする弦理論の平面波極限について 研究し, 弦の運動方程式がいくつかの場合に厳密に解けることを示した。

平成14年度

昔風双対変換をD-Braneを含むsuperstring理論へ適応した。 又、観測により確立された現在の宇宙の加速膨張を説明するシナリオとして ファントム物質や1/R重力理論の問題点とその解決法を明らかにした。

平成15年度

ブラック ホール時空における量子的な思考実験を行うことを想定し、観測の後に測定器 をブラックホールに放り込む場合の一般化された第二法則を調べた。 ブラックホール固有のエントロピーと通常の熱力学的エントロピーの和 として定義される一般化されたエントロピーの増分は、測定器を放り込まなけ れば得られたであろう情報量以上である。

平成16年度

ブレーンの衝突過程に適用できる有効理論の導出を行ない、ブレ ーンダイナミクスによるバリオン生成について吟味した。一方、高次元時空に おけるブレーン時空における保存量の定義とそれを用いた安定性についての議 論を行い、高次元ブラックホール生成の数値解析を行った。

平成17年度

Minkowski時空において対称性をもつ弦を分類し、特に５次元 Einstei-Maxwell系で，無限遠においてコンパクトな余剰次元をもち，かつ， ４次元的に平坦な時空に漸近するような性質をもつブラックホール解を構成 した。 さらに背景次元として10+2次元を持つ超弦理論の量子化、および、その量子論的 な構造を調べた。この理論は複雑な代数構造を持つのだが10+2次元よりも 高次元の理論とみるならば、その構造は単純なものとなった。

平成18年度

非可換幾何学に基づいた方法により量子重力理論の代数化された定式化を行った。 この定式化は非可換空間に適応可能であるが、さらに重力の量子化を行うときに 拘束条件が自明になるという利点がある。量子補正を求めるとこれは場の理論 による結果と一致する。

国内会議招待講演

• 石原秀樹, 「Essence of Hawking radiation」, 量子凝縮系研究の新展開 2004年1月9日
• 石原秀樹, 「ブレイン宇宙における重力波の伝播」, 第４回TAMAシンポジウム 2005年2月19日
• 石原秀樹, 「Geometrical Approach to Topological Defects」, International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena 2005年12月6日

授賞リスト

• 白水徹也, ブレーン宇宙論の研究で、平成17年度 西宮湯川記念賞、平成18年度 文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞

シンポジウムの開催

• 開催者名, 特異点研究会, 2003年から2006年まで毎年１月
• 石原秀樹, The 13-th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, 2003年12月1日-4日

査読付国際誌

• H. Ishihara, ``Causality of the brane universe'', Phys. Rev. Lett. 86, 381 (2001)
• K. Nakamura and H. Ishihara, , ``Dynamics of a string coupled to gravitational waves. II: Perturbations propagate along an infinite Nambu-Goto string, '', Phys.\ Rev.\ D \bf 63, 127501 (2001)
• Takeo Araki and Katsushi Ito , `` Scattering of Noncommutative (n, 1) Solitons '', Physics Letters B516 (2001) 123--133
• Katsushi Ito and Hiroshi Kunitomo, `` Hybrid Superstrings on Singular Calabi-Yau fourfolds '', Physics Letters B536 (2002) 327--337
• Hiroyuki Fuji , Katsushi Ito and Yasuhiro Sekino , `` Penrose Limit and String Theories on Various Brane Backgrounds '', Journal of High Energy Physics 0211 (2002) 005
• Takeo Araki and Katsushi Ito , ``On the Moduli Space of Noncommutative Multi-solitons at Finite theta'', Physics Letters B549 (2002) 204--212
• Katsuhito Yasuno (Tokyo Inst. Tech.), Tatsuhiko Koike (Keio U. and Maryland U.) and Masaru Siino, ``THURSTON'S GEOMETRIZATION CONJECTURE AND COSMOLOGICAL MODELS. '', Published in Class.Quant.Grav.18:1405-1420, 2001 , Oct 2000. 18pp
• A. Hosoya, A. Carlini and T. Shimomura , ``Generalized Second Law of Black Hole Thermodynamics and Quantum Information Theory'', Phys.Rev. D63 104008 -1-8(2001)
• A.Carlini and A.Hosoya, ``Quantum, Quantum computers and unstructured search:finding and counting items with an arbitrarily entangeled initial state'', Physics Letters A280 114-120(2001)
• A.Carlini and A.Hosoya, ``Quantum, Quantum computers and unstructured search:finding and counting items with an arbitrarily entangeled initial state'', Physics Letters A280 114-120(2001)
• Auhtor1, ``Title of Paper'', Journal
• Y. Ookouchi and Y. Watabiki , `` Effective Superpotentials for SO/Sp with Flavor from Matrix Models '', Mod. Phys. Lett. A18、1113-1126 (2003)
• H. Ishihara, , ``Big bang of the brane universe, '', Phys. Rev. D 66, 023513 (2002)
• Takeo Araki, and Katsushi Ito Akihisa Ohtsuka , ``Supersymmetric Gauge Theories on Noncommutative Superspace'', Physics Letters B573 (2003) 209-216
• Takeo Araki, Katsushi Ito and Akihisa Ohtsuka , ``N=2 Supersymmetric U(1) Gauge Theories in Noncommutative Harmonic Superspace'', Journal of High Energy Physics, 0401 (2004) 046
• Gary W. Gibbons, Daisuke Ida and Tetsuya Shiromizu, ``UNIQUENESS OF (DILATONIC) CHARGED BLACK HOLES AND BLACK P-BRANES IN HIGHER DIMENSIONS'', Phys.Rev.D66 044010 (2002)
• Masaru Siino, ``Topological derivation of black hole entropy by analogy with a chain polymer '', Published in Phys.Rev.D66:104006, 2002.
• Y. Watabiki, ``The bosonic string and superstring models in 26+2 and 10+2 dimensional space-time, and the generalized Chern-Simons action'', JHEP 05 001 0-26 (2003)
• K. i. Nakao, N. Kobayashi and H. Ishihara, , ``How Does Naked Singularity Look?'', Phys. Rev. D 67, 084002 (2003)
• M. Hiragane, Y. Yasui and H. Ishihara, ``Compact Einstein spaces based on quaternionic Kaehler manifolds, '', Class.\ Quant.\ Grav.\ \bf 20, 3933 (2003)
• Katsushi Ito and Yasuhiro Sekino , ``Penrose Limit and Enhancon Geometry'', Physical Review D67 (2003) 126005
• Takashi Torii and Tetsuya Shiromizu , ``COSMOLOGICAL CONSTANT, DILATON FIELD AND FREUND-RUBIN COMPACTIFICATION.'', Phys. Lett. B551 161-165, 2003
• Tetsuya Shiromizu Kazuya Koyama, and Keitaro Takahashi, ``EFFECTIVE THEORY FOR CLOSE LIMIT OF TWO-BRANES'', Phys. Rev.D67:104011, 2003
• Tetsuya Shiromizu Takashi Torii, and Tomoko Uesugi, ``D BRANE-WORLD COSMOLOGY'', Phys. Rev.D67:123517, 2003
• Tetsuya Shiromizu Kazuya Koyama, and Takashi Torii, ``COSMOLOGICAL CONSTANT AND GRAVITATIONAL THEORY ON D-BRANE'', Physical Review D68:103513, 2003
• M. Sami, N. Dadhich and Tetsuya Shiromizu, ``STEEP INFLATION FOLLOWED BY BORN-INFELD REHEATING.'', Physics Letter B568:118-126, 2003
• Tetsuya Shiromizu Kazuya Koyama, Sumitada Onda and Takashi Torii , ``CAN WE LIVE ON A D-BRANE? EFFECTIVE THEORY ON A SELFGRAVITATING D-BRANE'', Physical Review D68:063506, 2003
• T. Tsukioka and Y. Watabiki, ``Quantization of Bosonic String Model in 26+2-dimensional Spacetime'', Int. J. Mod. Phys. A19 1923-1960 (2004)
• Takeo Araki and Katsushi Ito, ``Singlet Deformation and Non(anti)commutative N=2 Supersymmetric U(1) Gauge Theory'', Physics Letters B595 (2004) 513-520
• Keitaro Takahashi and Tetsuya Shiromizu , ``ASYMMETRIC D-BRANEWORLD'', Physical Review D70: 103507, 2004
• Shinya Tomizawa, Yuki Uchida and Tetsuya Shiromizu, ``Twist of a stationary black hole or ring in five dimensions'', Physical Review D70 064020, 2004
• Tetsuya Shiromizu Yoshiaki Himemoto, and Keitaro Takahashi , ``RANDALL-SUNDRUM TWO D-BRANE MODEL'', Physical Review D70:107303, 2004
• Tetsuya Shiromizu and Kazuya Koyama , ``LOW-ENERGY EFFECTIVE THEORY FOR TWO BRANE SYSTEMS: COVARIANT CURVATURE FORMULATION'', Phys. Rev. D67:084022, 2003
• Tetsuya Shiromizuand Kazuya Koyama , ``SPACETIME DYNAMICS AND BARYOGENESIS IN BRANEWORLD'', JCAP 07, 011, 2004
• Tetsuya Shiromizu and Shinya Tomizawa , ``SPATIAL INFINITY IN HIGHER DIMENSIONAL SPACETIMES.'', Physical Review D69:104012, 2004
• Tetsuya Shiromizu Daisuke Ida , and Shinya Tomizawa , ``KINEMATICAL BOUND IN ASYMPTOTICALLY TRANSLATIONALLY INVARIANT SPACE-TIMES'', Physical Review D69:027503, 2004
• Tomoko Uesugi, Tetsuya Shiromizu, Takashi Torii and Keitaro Takahashi, ``D-braneworld cosmology. II. Higher order corrections'', Physical Review D69 043511, 2004
• Sumitada Onda, Tetsuya Shiromizu Kazuya Koyama and Shoko Hayakawa, ``LOW ENERGY EFFECTIVE ACTION ON A SELF-GRAVITATING D-BRANE.'', Physical Review D69:123503, 2004
• Tetsuya Shiromizu Keitaro Takahashi, Yoshiaki Himemoto and Shuto Yamamoto, ``GRAVITY IN RANDALL-SUNDRUM D-BRANEWORLD MODEL'', Physical Review D70: 123524, 2004
• T. Tsukioka and Y. Watabiki , `` Quantization of Neveu-Schwarz-Ramond Superstring Model in 10+2-dimensional Spacetime'', Int. J. Mod. Phys. A20、5807-5870 (2005)
• H. Ishihara and H. Kozaki, ``Classification of cohomogeneity one strings, '', Phys.\ Rev.\ D \bf 72, 061701 (2005)
• Takeo Araki, Katsushi Ito and Akihisa Ohtsuka , ``Non (anti)commutative N=(1, 1/2) Supersymmetric U(1) Gauge Theory'', Journal of High Energy Physics, 0505 (2005) 074
• Takeo Araki, Katsushi Ito and Akihisa Ohtsuka, ``Deformed Supersymmetry in non (anti)commutative N=2 Supersymmetric U(1) Gauge Theory'', Physics Letters B606 (2005) 202
• Hirotaka Yoshino, Tetsuya Shiromizuand Masaru Shibata , ``THE CLOSE LIMIT ANALYSIS FOR HEAD-ON COLLISION OF TWO BLACK HOLES IN HIGHER DIMENSIONS: BRILL-LINDQUIST INITIAL DATA'', Physical Review D72, 084020:2005
• Yukinori Iwashita, Hirotaka Yoshino and Tetsuya Shiromizu, ``GRAVITATIONAL COLLAPSE DISTURBS THE DS/CFT CORRESPONDENCE? '', Phys. Rev. D72, 084014 (2005)
• Tomoko Uesugi, Shunsuke Fujii and Tetsuya Shiromizu, ``BARYON NUMBER VIOLATION DUE TO BRANE DYNAMICS.'', Physical Review D72, 063508:2005
• Tetsuya Shiromizu Shinya Tomizawa, Yuki Uchida and Shinji Mukohyama , ``KALUZA-KLEIN BUBBLE AND CELESTIAL SPHERE IN INFLATIONARY UNIVERSE'', General Relativity and Gravitation 37:1823, 2005
• Tetsuya Shiromizu Shunsuke Fujii, Claudia de Rham and Hirotaka Yoshino , ``HIGH-ENERGY EFFECTIVE THEORY FOR ORBIFOLD BRANES'', Physical Review D73, 087301:2006
• Yukinori Iwashita, Tetsuya Shiromizu Keitaro Takahashi and Shunsuke Fujii , ``GRAVITY IS CONTROLLED BY COSMOLOGICAL CONSTANT.'', Physical Review D71:083518, 2005
• Akihito Shirata, Tetsuya Shiromizu Naoki Yoshida and Yasushi Suto , ``CONSTRAINING DEVIATIONS FROM NEWTON'S LAW OF GRAVITY ON COSMOLOGICAL SCALES: CONFRONTATION TO POWER SPECTRUM OF SDSS GALAXIES'', Physical Review D71:064030, 2005
• David Kastor, Tetsuya Shiromizu Shinya Tomizawa and Jennie Traschen , ``POSITIVITY BOUNDS FOR THE Y-ADM MASS DENSITY'', Physical Review D71:104015, 2005
• Claudia de Rham, Shunsuke Fujii Tetsuya Shiromizu and Hirotaka Yoshino , ``HIGH-ENERGY EFFECTIVE THEORY FOR A BULK BRANE'', Physical Review D72, 123522 (2005)
• Katsushi Ito and Hiroaki Nakajima , ``Central Charges in Non(anti)commutative N=2 Supersymmetric U(N) Gauge Theory'', Phyics Letters B633 (2006) 776
• Katsushi Ito and Hiroaki Nakajima , ``Non(anti)commutative N=2 Supersymmetric U(N) Gauge Theory and Deformed Instanton Equations'', Physics Letters B629 (2005) 93
• Hirotaka Yoshino, Tetsuya Shiromizu Naoki Yoshida and Masaru Shibata , ``Colse-slow analysis for head-n collision of two black holes in higher dimensions:Bowen-York initial data'', Physical Review D74:124022, 2006
• Tetsuya Shiromizu Hirotaka Yoshino, ``Positive energy theorem implies constraints on static steller models'', Progress of Theoretical Physics, Vol.116:1159, 2006
• Tsutom Kobayashi, Tetsuya Shiromizu Nathalie Deruell , ``Low energy effective gravitational equations on a Gauss-Bonnet brane'', Physical Review D74:104031, 2006
• Yukinori Iwashita, Tsutom Kobayashi Tetsuya ShiromizuHirotaka Yoshino , ``Holographic entanglement entropy of de Sitter braneworld'', Physical Review D74:064027, 2006
• Tetsuya ShiromizuSumio Yamada, Hirotaka Yoshino , ``On static existence of a star outside a black hole'', Journal of Mathematical Physics 47:112502, 2006
• Tetsuya ShiromizuShunsuke Fujii, Claudia de Rham, Hirotaka Yoshino , ``High energy effective theory for orbifold brane'', Physical Review D73:087301, 2006
• Hideki IshiharaMasashi Kimura, Ken Matsuno, Shinya Tomizawa , ``Black Holes on Eguchi-Hanson space in five dimensional Einstein-Maxwell theory.'', Physical Review D74:047501, 2006
• Hideki IshiharaMasashi Kimura, Shinya Tomizawa, ``Topology change of coalescing black holes on Eguchi-Hanson space'', Class. Quant. Grav. 23, L89 2006
• Hideki IshiharaMasashi Kimura, Ken Matsuno, Shinya Tomizawa , ``Kaluza-Klein multi-black holes in five dimensional Einstein-Maxwell theory'', Class. Quant. Grav. 23, 6919, 2006
• Nobuyuki Sakai, Ken-ichi Nakao, Hideki IshiharaMakoto Kobayashi , ``The universe out of a monopole in the laboratory?'', Physical Review D74:024026, 2006
• Hideki Ishihara, Ken Matsuno , ``Kaluza-Klein black holes with squashed horizons'', Progress of Theoretical Physics, Vol.116:417, 2006
• Shinya Tomizawa and Masaru Siino, ``Limit structure of future null infinity tangent: Topology of the event horizon and gravitational wave tail'', Class. Quant. Grav. 23 683-700, 2006
• A.CARLINI, A.HOSOYA, T.KOIKE and Y.OKUDAIRA, ``Time-optimal Quantum Evolution'', Phys. Rev. Lett 96, 060503〜06507 (2006)

プレプリント

• Hideki Ishihara and Ken Matsuno, ``KALUZA-KLEIN BLACK HOLES WITH SQUASHED HORIZONS'', hep-ph/0510094
• H. Ishihara and K. Matsuno ``Kaluza-Klein black holes with squashed horizons'', hep-th/0510094
• N. Sakai, K. i. Nakao, H. Ishihara and M. Kobayashi ``The universe out of a monopole in the laboratory?, '' gr-qc/0602084
• Ishihara, M. Kimura, K. Matsuno and S. Tomizawa ``Kaluza-Klein multi-black holes in five-dimensional Einstein-Maxwell theory, '' hep-th/0605030
• Tetsuya Shiromizu, Sumio Yamada and Hirotaka Yoshino , ``On static existence of a star outside a black hole'', gr-qc/0605029
• Claudia de Rham, Tetsuya Shiromizuand Andrew J. Tolley, ``Weaker Gravity at Submillimetre Scales in Braneworlds Models.'', gr-qc/0604071
• Hideki Ishihara, Masashi Kimura, Ken Matsuno and Shinya Tomizawa, ``KALUZA-KLEIN MULTI-BLACK HOLES IN FIVE-DIMENSIONAL EINSTEIN-MAXWELL THEORY.'', gr-qc/0605030

解説書

• 椎野克, 「数学の楽しみ」, 日本評論社 2005年　秋号「ブラックホールと数学的特異点論」