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スカラー・テンソル理論における第五の力の遮蔽機構の解析

中村, 智広 名古屋大学

2021.06.23

概要

重力とは我々に最も馴染みのある力の一つである。ニュートンによる力学の基礎の確立から、常に物理学の中で扱われ続け、今なお量子重力や暗黒エネルギー、暗黒物質といった最先端の研究対象と関連し、多くの関心を集めている。

現代における重力理論の基礎である一般相対性理論は、太陽系内でのこれまでの実験事実を全てうまく説明できる。一方で、宇宙論スケールで重力理論を修正することにより、宇宙論における未解明の問題を解決する試みも盛んに議論されている。重力理論の修正の一つに、重力の自由度としてスカラー場を含んだスカラー・テンソル理論と呼ばれる理論がある。多くのスカラー・テンソル理論においてスカラー場は物質との結合を通じて“第五の力”を及ぼすため、現実に即した理論は太陽系内での第五の力の遮蔽機構を持つ必要がある。

遮蔽機構に関する研究では、系の平均密度を用いた簡易な解析がなされているため、非一様性の影響については未解明な点が多い。そこで本論文では、非一様な密度分布を考慮した場合に遮蔽機構がどのように働くかを解析した。具体的なモデルとして球対称殻で構成される物体を考え、スカラー場の静的解を構成し、その内外での第五の力の大きさを計算した。その結果、内部の構造に関わらず、物体の外側で働く第五の力の大きさは平均密度で扱った場合と同じであることを確かめた。一方で、非一様性が大きい殻の配位をとった場合には、系内部における第五の力が、殻が作る重力の大きさと同程度に働き得ることを示した。

その結果を踏まえ、より一般的な状況として動的過程における遮蔽機構の有効性を解析した。動的過程を扱うため、物体として完全流体で構成される球対称な星を仮定し、流体とスカラー場の静的背景解からの球対称摂動に関して解析を行った。特に影響が大きいと予想される短波長モ報告番号※甲第号学位報告４ードに着目し、平面近似の下で第五の力の大きさを評価する計算を行った。その結果、動的な場合でも第五の力が重力と同程度になり得ることを示した。一方、背景解に対して遮蔽機構が働いている場合は、流体の摂動方程式において圧力勾配の項が常に優勢であり、第五の力が流体の運動には影響を与えることがないことを明らかにした。

これらの結果から、少なくとも今回解析した系においては、内部の非一様性に依らず第五の力の遮蔽機構が機能していることが確かめられた。また、非一様性に伴う内部への影響も最大でニュートン重力程度であり、不安定性や構造を大きく変えるような影響はないと結論付けられた。

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参考文献

[1] B. P. Abbott, et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett., 116(6):061102, feb 2016.

[2] B. P. Abbott, et al. GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-SolarMass Binary Black Hole Coalescence. Phys. Rev. Lett., 116(24):241103, jun 2016.

[3] Kazunori Akiyama and Others. First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. Astrophys. J., 875(1):L1, 2019.

[4] Jr. Callan Curtis G., Robert C Myers, and M J Perry. Black Holes in String Theory. Nucl. Phys. B, 311:673–698, 1989.

[5] T Damour and Alexander M Polyakov. The String dilaton and a least coupling principle. Nucl. Phys. B, 423:532–558, 1994.

[6] G R Dvali, Gregory Gabadadze, and Massimo Porrati. 4-D gravity on a brane in 5-D Minkowski space. Phys. Lett. B, 485:208–214, 2000.

[7] C. Brans and R. H. Dicke. Mach’s principle and a relativistic theory of gravitation. Phys. Rev., 124(3):925–935, 1961.

[8] Eric V. Linder. The dynamics of quintessence, the quintessence of dynamics. Gen. Relativ. Gravit., 40(2-3):329–356, 2008.

[9] Austin Joyce, Bhuvnesh Jain, Justin Khoury, and Mark Trodden. Beyond the cosmological standard model. Phys. Rep., 568:1–98, mar 2015.

[10] Clare Burrage, Edmund J. Copeland, and Peter Millington. Radial acceleration relation from symmetron fifth forces. Phys. Rev. D, 95(6):1–6, 2017.

[11] Bhuvnesh Jain, Vinu Vikram, and Jeremy Sakstein. ASTROPHYSICAL TESTS OF MODIFIED GRAVITY: CONSTRAINTS FROM DISTANCE INDICATORS IN THE NEARBY UNIVERSE. Astrophys. J., 779(1):39, nov 2013.

[12] Vinu Vikram, Jeremy Sakstein, Charles Davis, and Andrew Neil. Astrophysical tests of modified gravity: Stellar and gaseous rotation curves in dwarf galaxies. Phys. Rev. D, 97(10):104055, may 2018.

[13] Ayumu Terukina, Lucas Lombriser, Kazuhiro Yamamoto, David Bacon, Kazuya Koyama, and Robert C Nichol. Testing chameleon gravity with the Coma cluster. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2014(04):013–013, apr 2014.

[14] Harry Wilcox, Robert C Nichol, Gong-Bo Zhao, David Bacon, Kazuya Koyama, and A Kathy Romer. Simulation tests of galaxy cluster constraints on chameleon gravity. Mon. Not. R. Astron. Soc., 462(1):715–725, oct 2016.

[15] Kazuya Koyama. Cosmological tests of modified gravity. Reports Prog. Phys., 79(4):046902, apr 2016.

[16] Amol Upadhye. Dark energy fifth forces in torsion pendulum experiments. Phys. Rev. D, 86(10):102003, nov 2012.

[17] Paul Hamilton, Matt Jaffe, Philipp Haslinger, Quinn Simmons, H. Muller, and Justin Khoury. Atom-interferometry constraints on dark energy. Science (80-. )., 349(6250):849–851, aug 2015.

[18] Attaallah Almasi, Philippe Brax, Davide Iannuzzi, and Ren´e I. P. Sedmik. Force sensor for chameleon and Casimir force experiments with parallel-plate configuration. Phys. Rev. D, 91(10):102002, may 2015.

[19] Clare Burrage, Edmund J Copeland, and James A Stevenson. A proposed experimental search for chameleons using asymmetric parallel plates. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2016(08):070–070, aug 2016.

[20] Martin Pernot-Borr`as, Joel Berg´e, Philippe Brax, and Jean-Philippe Uzan. Fifth force induced by a chameleon field on nested cylinders. Phys. Rev. D, 101(12):124056, jun 2020.

[21] Clare Burrage, Edmund J Copeland, Adam Moss, and James A Stevenson. The shape dependence of chameleon screening. JCAP, 01:56, 2018.

[22] Hiromu Ogawa, Takashi Hiramatsu, and Tsutomu Kobayashi. Anti-screening of the Galileon force around a disk center hole. Mod. Phys. Lett. A, 34(02):1950013, 2018.

[23] Anne-Christine Davis, Ruth Gregory, Rahul Jha, and Jessica Muir. Astrophysical black holes in screened modified gravity. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2014(08):033–033, feb 2014.

[24] Anne-Christine Davis, Ruth Gregory, and Rahul Jha. Black hole accretion discs and screened scalar hair. JCAP, 10:24, 2016.

[25] Andrei V. Frolov, Jos´e T. G´alvez Ghersi, and Alex Zucca. Unscreening scalarons with a black hole. Phys. Rev. D, 95(10):1–16, 2017.

[26] Jeremy Sakstein. Stellar oscillations in modified gravity. Phys. Rev. D, 88(12):124013, dec 2013.

[27] Philippe Brax, Anne-Christine Davis, and Rahul Jha. Neutron stars in screened modified gravity: Chameleon versus dilaton. Phys. Rev. D, 95(8):083514, apr 2017.

[28] Ph. Brax, R Rosenfeld, and D.A Steer. Spherical collapse in chameleon models. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2010(08):033–033, aug 2010.

[29] Jun-Qi Guo, Daoyan Wang, and Andrei V Frolov. Spherical collapse in f(R) gravity and the Belinskii-Khalatnikov-Lifshitz conjecture. Phys. Rev. D, 90(2):024017, jul 2014.

[30] Alessandra Silvestri. Scalar Radiation from Chameleon-Shielded Regions. Phys. Rev. Lett., 106(25):251101, jun 2011.

[31] Amol Upadhye and Jason H Steffen. Monopole radiation in modified gravity. jun 2013.

[32] Claudio Llinares and David F. Mota. Releasing Scalar Fields: Cosmological Simulations of Scalar-Tensor Theories for Gravity Beyond the Static Approximation. Phys. Rev. Lett., 110(16):161101, apr 2013.

[33] Jan Ø Lindroos, Claudio Llinares, and David F Mota. Wave propagation in modified gravity. Phys. Rev. D, 93(4):044050, feb 2016.

[34] R Hagala, C Llinares, and D. F. Mota. Cosmic Tsunamis in Modified Gravity: Disruption of Screening Mechanisms from Scalar Waves. Phys. Rev. Lett., 118(10):101301, mar 2017.

[35] Clifford M Will. Theory and Experiment in Gravitational Physics. Cambridge University Press, 1993.

[36] Clifford M Will. The Confrontation between General Relativity and Experiment. Living Rev. Relativ., 17(1):4, dec 2014.

[37] T A Wagner, S Schlamminger, J H Gundlach, and E G Adelberger. Torsion-balance tests of the weak equivalence principle. Class. Quantum Gravity, 29(18):184002, sep 2012.

[38] James G Williams, Slava G Turyshev, and Dale H Boggs. Progress in lunar laser ranging tests of relativistic gravity. Phys. Rev. Lett., 93:261101, 2004.

[39] S K Lamoreaux, J P Jacobs, Blayne R Heckel, Frederick J Raab, and E N Fortson. New limits on spatial anisotropy from optically pumped He-201 and Hg-199. Phys. Rev. Lett., 57:3125–3128, 1986.

[40] R. F.C. Vessot, M. W. Levine, E. M. Mattison, E. L. Blomberg, T. E. Hoffman, G. U. Nystrom, B. F. Farrel, R. Decher, P. B. Eby, C. R. Baugher, J. W. Watts, D. L. Teuber, and F. D. Wills. Test of relativistic gravitation with a space-borne hydrogen maser. Phys. Rev. Lett., 45(26):2081–2084, dec 1980.

[41] Stephen M. Merkowitz. Tests of gravity using lunar laser ranging. Living Rev. Relativ., 13, 2010.

[42] C. Bambi, M. Giannotti, and F. L. Villante. Response of primordial abundances to a general modification of GN and/or of the early universe expansion rate. Phys. Rev. D - Part. Fields, Gravit. Cosmol., 71(12):1–8, 2005.

[43] Yasunori Fujii and Kei-ichi Maeda. The Scalar-Tensor Theory of Gravitation. Cambridge University Press, 2003.

[44] B. Bertotti, L. Iess, and P. Tortora. A test of general relativity using radio links with the Cassini spacecraft. Nature, 425(6956):374–376, 2003.

[45] Kurt Hinterbichler, Justin Khoury, and Horatiu Nastase. Towards a UV Completion for Chameleon Scalar Theories. JHEP, 03:61, 2011.

[46] Jacob D Bekenstein. The Relation between physical and gravitational geometry. Phys. Rev. D, 48:3641–3647, 1993.

[47] B. P. Abbott, et al. GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. Phys. Rev. Lett., 119(16):161101, oct 2017.

[48] B. P. Abbott, et al. Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A. Astrophys. J., 848(2):L13, oct 2017.

[49] Kurt Hinterbichler and Justin Khoury. Screening Long-Range Forces through Local Symmetry Restoration. Phys. Rev. Lett., 104(23):231301, jun 2010.

[50] Philippe Brax, Carsten van de Bruck, Anne-Christine Davis, Baojiu Li, and Douglas J Shaw. Nonlinear structure formation with the environmentally dependent dilaton. Phys. Rev. D, 83(10):104026, may 2011.

[51] Justin Khoury and Amanda Weltman. Chameleon cosmology. Phys. Rev. D, 69(4):044026, feb 2004.

[52] Justin Khoury and Amanda Weltman. Chameleon Fields: Awaiting Surprises for Tests of Gravity in Space. Phys. Rev. Lett., 93(17):171104, oct 2004.

[53] Antonio De Felice. f(R)Theories. Living Rev. Relativ., 13(3):156, 2010.

[54] S. Nojiri, S. D. Odintsov, and V. K. Oikonomou. Modified gravity theories on a nutshell: Inflation, bounce and late-time evolution. Phys. Rep., 692:1–104, 2017.

[55] E. Babichev, C. Deffayet, and R. Ziour. k-Mouflage gravity. 7164:1–9, 2009.

[56] Clare Burrage and Justin Khoury. Screening of scalar fields in Dirac-Born-Infeld theory. Phys. Rev. D - Part. Fields, Gravit. Cosmol., 90(2):1–5, 2014.

[57] Alberto Nicolis, Riccardo Rattazzi, and Enrico Trincherini. Galileon as a local modification of gravity. Phys. Rev. D, 79(6):064036, mar 2009.

[58] Clare Burrage and Jeremy Sakstein. Tests of Chameleon Gravity. 2017.

[59] Lam Hui, Alberto Nicolis, and Christopher Stubbs. Equivalence Principle Implications of Modified Gravity Models. Phys. Rev. D, 80:104002, 2009.

[60] Lotte ter Haar, Miguel Bezares, Marco Crisostomi, Enrico Barausse, and Carlos Palenzuela. Dynamics of screening in modified gravity. sep 2020.

[61] 水田晃. 相対論的流体方程式の数値解法 I (http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/ ~akira.mizuta/Mizuta_lecture1_euc_v2.pdf).

[62] 水田晃. 相対論的流体方程式の数値解法 II (http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/ ~akira.mizuta/Mizuta_lecture2_euc_v4.pdf).

[63] 水田晃. 相対論的流体方程式の数値解法 III (http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/ ~akira.mizuta/Mizuta_lecture3_euc_v1.pdf).

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