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| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The experimental possibility of detecting gravitational waves via their induced time perturbations is explored here, expanding from previous work. The oscillations of the time-time component in the metric are made explicit when working in asynchronous gauges: the desynchronization between a perturbed clock and a reference unperturbed clock constitutes the corresponding observable core target of a detector. To this end we explore the experimental techniques currently available for a preliminary assessment towards a feasibility study. We survey the state of the art in the fields of high precision timing and information preservation, necessary for achieving geodesic non-locality. A synthesis for a feasible prototype detector with the desired characteristics is presented. The optimum point between existing technologies is found around the 1 Hz frequency band, opening the window for the observation of classes of speculated sources of gravitational radiation such as intermediate mass black hole binaries. | 本稿では、先行研究を拡張し、重力波が誘起する時間摂動を介して重力波を検出する実験的可能性について検討する。 計量における時間-時間成分の振動は、非同期ゲージで動作する場合、明確に示される。 摂動を受けた時計と摂動を受けていない基準時計との間の非同期化は、検出器の対応する観測可能なコアターゲットを構成する。 この目的のために、我々は実現可能性調査に向けた予備的評価のために現在利用可能な実験手法を調査する。 測地線非局所性を達成するために必要な高精度タイミングと情報保存の分野における最先端技術を概観する。 所望の特性を持つ実現可能なプロトタイプ検出器の合成を示す。 既存技術間の最適点は1Hz周波数帯付近にあり、中質量ブラックホール連星などの推定重力波源の観測への道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we examine the 2025 DESI analysis of dark energy, which suggests that dark energy is evolving in time with an increasing equation of state $w$. We explore a wide range of quintessence models, described by a potential function $V(\varphi)$, including: quadratic potentials, quartic hilltops, double wells, cosine functions, Gaussians, inverse powers. We find that while some provide improvement in fitting to the data, compared to a cosmological constant, the improvement is only modest. We then consider non-minimally coupled scalars which can help fit the data by providing an effective equation of state that temporarily obeys $w<-1$ and then relaxes to $w>-1$. Since the scalar is very light, this leads to a fifth force and to time evolution in the effective gravitational strength, which are both tightly constrained by tests of gravity. For a very narrow range of carefully selected non-minimal couplings we are able to evade these bounds, but not for generic values. | 本研究では、2025 DESIによるダークエネルギーの解析を検証する。 この解析は、ダークエネルギーが時間とともに状態方程式$w$の増加とともに変化することを示唆している。 我々は、ポテンシャル関数$V(\varphi)$で記述される、2次ポテンシャル、4次ヒルトップ、二重井戸、コサイン関数、ガウス関数、逆べき乗など、幅広いクインテッセンスモデルを検証する。 その結果、一部のモデルは宇宙定数と比較してデータへのフィッティングを改善するものの、その改善はわずかであることがわかった。 次に、一時的に$w<-1$に従い、その後$w>-1$に緩和する有効状態方程式を与えることでデータへのフィッティングを助ける、非最小結合スカラーについて考察する。 このスカラーは非常に軽いため、これは第5の力と有効重力強度の時間発展につながり、どちらも重力のテストによって厳密に制限される。 非常に狭い範囲の、慎重に選択された非最小結合については、 これらの境界を回避できますが、一般的な値については回避できません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss and formalize a topological means by which the initial singularity might be mollified, at the level of the spacetime manifold's structure, in classical cosmological models of a homogeneous expanding universe. The construction, dubbed a "reflective" topological big bang, generalizes Schrodinger's elliptic de Sitter space and is built to be compatible with the standard Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) picture of the large-scale universe, only minimally modifying it via some nontrivial topology at an earliest "moment" in the universe's history. We establish a mathematical characterization of the admissible topological structures of reflective topological big bangs, and we discuss implications for a standard concern in cosmology, the horizon problem. We present a nonreflective example that we've christened the Itty-Bitty Blender spacetime: this spacetime and its universal cover, the Eternal Trumpet spacetime, exhibit interesting potential structures of spacetimes avoiding the Hawking and Penrose singularity theorems. | 我々は、均質膨張宇宙の古典的宇宙論モデルにおいて、時空多様体の構造レベルで初期特異点を緩和する位相的手段を議論し、定式化する。 「反射的」位相的ビッグバンと呼ばれるこの構成は、シュレーディンガーの楕円ド・ジッター空間を一般化し、大規模宇宙の標準的なフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）描像と整合するように構築される。 これは、宇宙史の最も初期の「瞬間」における非自明な位相を通して、それを最小限に修正するに過ぎない。 我々は、反射的位相的ビッグバンの許容される位相的構造の数学的特徴付けを確立し、宇宙論における標準的な関心事である地平線問題への示唆を議論する。 我々は「Itty-Bitty Blender 時空」と名付けた非反射的な例を提示する。 この時空とその普遍被覆である「Eternal Trumpet 時空」は、ホーキングとペンローズの特異点定理を回避した興味深い潜在的時空構造を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider 331 composite Higgs model (CHM3) in which the Lagrangian of the strongly coupled sector is invariant with respect to global SU(3)_C \times SU(3)\times U(1)_6 symmetry that can originate from SU(6) subgroup of E_6 and contains the gauge group of the standard model (SM) as a subgroup. The breakdown of the approximate SU(3)\times U(1)_6 symmetry down to SU(2)_W\times U(1)_Y subgroup around the scale f\sim 10 TeV results in a set of pseudo--Nambu--Goldstone bosons (pNGBs) that, in particular, involves Higgs doublet. The generation of the masses of the SM fermions in the CHM3 is discussed. We argue that an approximate discrete Z_2 symmetry may give rise to tiny masses of the left-handed neutrinos and several composite fermions with masses 1-2 TeV. The lepton and baryon asymmetries can be generated within the CHM3 via the out--of equilibrium decays of extra Majorana particle into the Higgs doublet and these composite fermions. | 我々は、強結合セクターのラグランジアンが、E_6のSU(6)部分群に由来し、標準模型（SM）のゲージ群を部分群として含む、SU(3)_C \times SU(3)\times U(1)_6大域対称性に関して不変である複合ヒッグス模型（CHM3）を考察する。 近似的なSU(3)\times U(1)_6対称性が、スケールf\sim 10 TeV付近でSU(2)_W\times U(1)_Y部分群にまで破綻すると、擬南部ゴールドストーンボソン（pNGB）の集合が生じ、特にヒッグス二重項を含む。 CHM3における標準模型フェルミオンの質量生成について議論する。 我々は、近似的に離散的なZ_2対称性によって、左巻きニュートリノの微小質量と、質量1～2TeVの複合フェルミオンがいくつか生じる可能性があると主張する。 レプトンとバリオンの非対称性は、CHM3内で、余分なマヨラナ粒子がヒッグス二重項とこれらの複合フェルミオンに非平衡崩壊することによって生成される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Detecting unmodeled gravitational wave (GW) bursts presents significant challenges due to the lack of accurate waveform templates required for matched-filtering techniques. A primary difficulty lies in distinguishing genuine signals from transient noise. Machine learning approaches, particularly convolutional neural networks (CNNs), offer promising alternatives for this classification problem. This paper presents a CNN-based pipeline for detecting short GW bursts (duration $< 10~\mathrm{s}$), adapted from an existing framework designed for longer-duration events. The CNN has been trained on core-collapse supernova (CCSN) gravitational waveform models injected into simulated Gaussian noise. The network successfully identifies these signals and generalizes to CCSN waveforms not included in the training set, showing the potential of U-Net architectures for detecting short-duration gravitational wave transients across diverse astrophysical scenarios. | モデル化されていない重力波（GW）バーストの検出は、マッチドフィルタリング技術に必要な正確な波形テンプレートが不足しているため、大きな課題となります。 主な困難は、真の信号と過渡的ノイズを区別することです。 機械学習アプローチ、特に畳み込みニューラルネットワーク（CNN）は、この分類問題に対する有望な代替手段となります。 本論文では、より長時間のイベント用に設計された既存のフレームワークを改良し、短時間の重力波バースト（持続時間 $< 10~\mathrm{s}$）を検出するためのCNNベースのパイプラインを紹介します。 CNNは、シミュレートされたガウスノイズに注入されたコア崩壊型超新星（CCSN）重力波形モデルで学習されています。 ネットワークはこれらの信号を正しく識別し、トレーニングセットに含まれていないCCSN波形にも一般化することで、多様な天体物理学的シナリオにおいて短時間の重力波トランジェントを検出するためのU-Netアーキテクチャの可能性を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Given that black holes are ubiquitous in the universe and axion-like scalar fields are potential candidates for dark energy and/or dark matter, it is natural to consider cosmological black holes endowed with axion hair. We investigate the photon quasinormal modes of a Schwarzschild black hole with axion hair where the electromagnetic field is coupled to the axion field via a Chern-Simons interaction. We derive the master equations for the electromagnetic field as a set of coupled equations for parity-even and parity-odd modes and numerically compute quasinormal modes by using Leaver's continued fraction method. We find parity violation in the polarization of photons within the quasinormal mode spectrum. This parity violation in electromagnetic signals could serve as a new probe to explore the nature of the dark sector. | ブラックホールが宇宙に遍在し、アクシオンのようなスカラー場がダークエネルギーやダークマターの候補となることを考えると、アクシオンヘアを持つ宇宙論的ブラックホールを考えるのは自然なことです。 我々は、アクシオンヘアを持つシュワルツシルトブラックホールの光子準正規モードを調べます。 このブラックホールでは、電磁場がチャーン・サイモンズ相互作用を介してアクシオン場と結合しています。 電磁場のマスター方程式を、パリティ偶モードとパリティ奇モードの結合方程式の集合として導出し、リーバー連分数法を用いて準正規モードを数値的に計算します。 準正規モードスペクトル内において、光子の偏光にパリティの破れがあることを発見しました。 この電磁信号におけるパリティの破れは、ダークセクターの性質を探るための新たなプローブとして役立つ可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present an overview of the main results from our two companion papers that are relevant for observational constraints on interacting dark energy (IDE) models. We provide analytical solutions for the dark matter and dark energy densities, $\rho_{\rm dm}$ and $\rho_{\rm de}$, as well as the normalized Hubble function $h(z)$, for eight IDE models. These include five linear IDE models, namely $Q=3H(\delta_{\rm dm} \rho_{\rm dm} + \delta_{\rm de} \rho_{\rm de})$ and four special cases: $Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de})$, $Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}-\rho_{\rm de})$, $Q=3H\delta \rho_{\rm dm}$, and $Q=3H\delta \rho_{\rm de}$, together with three non-linear IDE models: $Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm dm} \rho_{\rm de}}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$, $Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm dm}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$, and $Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm de}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$. For these eight models, we present conditions to avoid imaginary, undefined, and negative energy densities. In seven of the eight cases, negative densities arise if energy flows from DM to DE, implying a strong theoretical preference for energy transfer from DE to DM. We also provide conditions to avoid future big rip singularities and evaluate how each model addresses the coincidence problem in both the past and the future. Finally, we propose a set of approaches and simplifying assumptions that can be used when constraining IDE models, by defining regimes that restrict the parameter space according to the behavior researchers are willing to tolerate. | 相互作用するダークエネルギー（IDE）モデルに対する観測的制約に関連する、2つの関連論文の主な結果の概要を示す。 8つのIDEモデルについて、ダークマター密度とダークエネルギー密度、$\rho_{\rm dm}$と$\rho_{\rm de}$、および正規化されたハッブル関数$h(z)$の解析解を与える。 これらには、5 つの線形 IDE モデル ($Q=3H(\delta_{\rm dm} \rho_{\rm dm} + \delta_{\rm de} \rho_{\rm de})$) と 4 つの特殊なケース ($Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de})$、 $Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}-\rho_{\rm de})$、$Q=3H\delta \rho_{\rm dm}$、 $Q=3H\delta \rho_{\rm de}$)、および 3 つの非線形 IDE モデル ($Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm dm} \rho_{\rm de}}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$、$Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm dm}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$、および$Q=3H\delta \left( \tfrac{\rho_{\rm de}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}} \right)$である。 これら8つのモデルについて、虚数、未定義、および負のエネルギー密度を回避するための条件を示す。 8つのケースのうち7つでは、エネルギーがDMからDEに流れると負の密度が発生し、DEからDMへのエネルギー移動が理論的に強く優先されることを示唆している。 また、将来の大きなリップ特異点を回避するための条件も示し、各モデルが過去と未来の両方で一致問題にどのように対処するかを評価する。 最後に、研究者が許容できる行動に応じてパラメータ空間を制限する領域を定義することにより、IDEモデルを制約する際に使用できる一連のアプローチと単純化された仮定を提案します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Light does not travel in a perfectly straight line when it passes near massive objects. In this work, we calculate the gravitational deflection of light using the gauge theory of unified gravity [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)], formulated as an extension of the Standard Model. The nonlinear graviton-graviton interaction is accounted for in the lowest order. The dynamical equations of light in external gravitational field in unified gravity are essentially different from the dynamical equations obtained using the curved metric of general relativity. The goal of the present work is to compare the predictions of unified gravity and general relativity for the gravitational deflection of light. Since the calculation of the gravitational deflection of light in unified gravity is fundamentally different from the pertinent calculation in general relativity, we devote ample space for approximations used. The deflection angles obtained from unified gravity and general relativity are equal in the first post-Newtonian (PN) order, and agree with previous experiments available for the Sun. However, the second PN order terms of unified gravity reveal measurable relative differences of $7/30\approx23.3\%$ and $4/15\approx26.7\%$ for the out-of-plane and in-plane polarizations, respectively, in comparison with the polarization-independent value of general relativity. Therefore, we expect that experimentally differentiating between the two theories will become possible in the near future. For future experiments, we also make calculations for other astrophysical objects, such as for a neutron star, which is in the limit of the PN approximation. The application of unified gravity to black holes, for which the PN approximation is not valid, is left as a topic of further work. | 光は質量の大きい物体の近くを通過する際、完全に直線的に進むわけではない。 本研究では、標準模型の拡張として定式化された統一重力ゲージ理論 [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)] を用いて、光の重力偏向を計算する。 非線形重力子間相互作用は最低次で考慮される。 統一重力における外部重力場中の光の力学方程式は、一般相対性理論の曲がった計量を用いて得られる力学方程式とは本質的に異なる。 本研究の目的は、光の重力偏向に関する統一重力と一般相対性理論の予測を比較することである。 統一重力における光の重力偏向の計算は、一般相対性理論における関連する計算とは根本的に異なるため、使用される近似値について十分な紙面を割く。 統一重力理論と一般相対論から得られる偏向角は、第一ポストニュートン（PN）オーダーでは等しく、太陽に関するこれまでの実験結果と一致する。 しかしながら、統一重力理論の第二PNオーダー項は、一般相対論の偏光に依存しない値と比較すると、面外偏光と面内偏光でそれぞれ $7/30\approx23.3\%$ と $4/15\approx26.7\%$ という測定可能な相対差を示す。 したがって、近い将来、2つの理論を実験的に区別することが可能になると期待される。 将来の実験では、PN近似の限界にある中性子星など、他の天体についても計算を行う。 PN近似が成り立たないブラックホールへの統一重力の適用は、今後の研究課題として残されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Asymptotic velocity domination (AVD) posits that when back-propagated to the Big Bang generic cosmological spacetimes solve a drastically simplified version of the Einstein field equations, where all dynamical spatial gradients are absent (similar as in the Belinski-Khalatnikov-Lifshitz scenario). Conversely, a solution can in principle be reconstructed from its behavior near the Big Bang. This property has been rigorously proven for the Gowdy class of cosmologies, both polarized and unpolarized. Here we establish for the polarized case a quantum version of the AVD property formulated in terms of two-point functions of (the integrands of) Dirac observables: these correlators approach their much simpler velocity dominated counterparts when the time support is back-propagated to the Big Bang. Conversely, the full correlators can be expressed as a uniformly convergent series in averaged spatial gradients of the velocity dominated ones. | 漸近速度支配（AVD）は、ビッグバンに逆伝播すると、一般的な宇宙時空は、アインシュタイン場の方程式の大幅に単純化されたバージョンを解き、そこではすべての力学的空間勾配が存在しない（ベリンスキー＝ハラトニコフ＝リフシッツのシナリオと同様）と仮定する。 逆に、ビッグバン付近での挙動から、原理的には解を再構成することができる。 この性質は、分極宇宙論と非分極宇宙論の両方において、ガウディ宇宙論のクラスにおいて厳密に証明されている。 ここでは、分極ケースについて、ディラック観測量（の積分関数）の2点関数で定式化されたAVD性質の量子バージョンを確立する。 これらの相関子は、時間サポートがビッグバンに逆伝播されると、はるかに単純な速度支配相関子に近づく。 逆に、完全な相関関係は、速度が支配的な相関関係の平均空間勾配における一様収束級数として表現できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a consistent description of the quantum measurement process, whether the wave or particle-like aspect of a system is revealed depends on the details of the measurement chain, and cannot be interpreted as an objective fact about the system independent of the measurement. We show precisely how this comes to be in the measurement of gravitational radiation. Whether a wave or particle-like aspect is revealed is a property of the detector employed at the end of the quantum measurement chain, rather than of the meter, such as a gravitational-wave (GW) antenna or resonant bar, used to couple the radiation to the detector. A linear detector yields no signal for radiation in a Fock state and a signal proportional to the amplitude in a coherent state -- supporting a wave-like interpretation. By contrast, the signal from a detector coupled to the meter's energy is non-zero only when the incident radiation contains at least a single graviton. Thus, conceptually simple modifications of contemporary GW antennae can reveal wave-particle duality in the measurement of gravitational radiation. | 量子測定過程の一貫した記述において、系の波動性または粒子性の側面が明らかになるかどうかは、測定チェーンの詳細に依存し、測定とは独立して系に関する客観的な事実として解釈することはできない。 我々は、重力波の測定においてこれがどのように生じるかを正確に示す。 波動性または粒子性の側面が明らかになるかどうかは、重力波（GW）アンテナや共鳴棒など、放射を検出器に結合するために使用される計器ではなく、量子測定チェーンの末端で用いられる検出器の特性である。 線形検出器は、フォック状態の放射に対しては信号を生成せず、コヒーレント状態の放射に対しては振幅に比例した信号を生成し、波動性解釈を支持する。 対照的に、計器のエネルギーに結合された検出器からの信号は、入射放射に少なくとも1つの重力子が含まれている場合にのみゼロではない。 このように、現代の重力波アンテナを概念的に単純に改造するだけで、重力波の測定における波動粒子二重性を明らかにすることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate interacting dark energy (IDE) models with phenomenological, non-linear interaction kernels $Q$, specifically $Q_{1}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm dm}\rho_{\rm de}}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$, $Q_{2}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm dm}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$, and $Q_{3}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm de}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$. Using dynamical system techniques developed in our companion paper on linear kernels, we derive new conditions that ensure positive and well-defined energy densities, as well as criteria to avoid future big rip singularities. We find that for $Q_{1}$, all densities remain positive, while for $Q_{2}$ and $Q_{3}$ negative values of either DM or DE are unavoidable if energy flows from DM to DE. We also show that for $Q_{1}$ and $Q_{2}$ a big rip singularity always arises in the phantom regime $w<-1$, whereas for $Q_{3}$ this fate may be avoided if energy flows from DE to DM. In addition, we provide new exact analytical solutions for $\rho_{\rm dm}$ and $\rho_{\rm de}$ in the cases of $Q_{2}$ and $Q_{3}$, and obtain new expressions for the effective equations of state of DM, DE, the total fluid, and the reconstructed dynamical DE equation of state ($w_{\rm dm}^{\rm eff}$, $w_{\rm de}^{\rm eff}$, $w_{\rm tot}^{\rm eff}$, and $\tilde{w}$). Using these results, we discuss phantom crossings, evaluate how each kernel addresses the coincidence problem, and apply statefinder diagnostics to compare the models. These findings extend the theoretical understanding of non-linear IDE models and provide analytical tools for future observational constraints. | 我々は、現象論的非線形相互作用カーネル $Q$、具体的には $Q_{1}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm dm}\rho_{\rm de}}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$、 $Q_{2}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm dm}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$、および $Q_{3}=3H\delta \left(\frac{\rho_{\rm de}^2}{\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de}}\right)$ を持つ相互作用ダークエネルギー (IDE) モデルを調査する。 線形カーネルに関する関連論文で開発した力学系手法を用いて、正で明確なエネルギー密度を保証する新しい条件と、将来のビッグリップ特異点を回避するための基準を導出した。 $Q_{1}$の場合、すべての密度は正のままであるのに対し、$Q_{2}$と$Q_{3}$の場合、エネルギーがDMからDEに流れる場合、DMまたはDEのいずれかの負の値は避けられないことがわかった。 また、$Q_{1}$と$Q_{2}$の場合、ファントム領域$w<-1$で常にビッグリップ特異点が発生するのに対し、$Q_{3}$の場合、エネルギーがDEからDMに流れる場合、この運命は回避できる可能性があることも示す。 さらに、$Q_{2}$および$Q_{3}$の場合の$\rho_{\rm dm}$および$\rho_{\rm de}$の新しい厳密な解析解を与え、DM、DE、全流体の有効状態方程式、および再構成された動的DE状態方程式（$w_{\rm dm}^{\rm eff}$、$w_{\rm de}^{\rm eff}$、$w_{\rm tot}^{\rm eff}$、および$\tilde{w}$）の新しい表現を得る。 これらの結果を用いて、ファントム交差について議論し、各カーネルが一致問題にどのように対処するかを評価し、状態ファインダー診断を適用してモデルを比較する。 これらの知見は、非線形IDEモデルの理論的理解を拡張し、将来の観測制約のための解析ツールを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Interacting dark energy (IDE) models, in which dark matter (DM) and dark energy (DE) exchange energy through a non-gravitational interaction, have long been proposed as candidates to address key challenges in modern cosmology. These include the coincidence problem, the $H_0$ and $S_8$ tensions, and, more recently, the hints of dynamical dark energy reported by the DESI collaboration. Given the renewed interest in IDE models, it is crucial to fully understand their parameter space when constraining them observationally, especially with regard to the often-neglected issues of negative energy densities and future big rip singularities. In this work, we present a comparative study of the general linear interaction $Q=3H(\delta_{\rm dm}\rho_{\rm dm} + \delta_{\rm de}\rho_{\rm de})$ and four special cases: $Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de})$, $Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}-\rho_{\rm de})$, $Q=3H\delta \rho_{\rm dm}$, and $Q=3H\delta \rho_{\rm de}$. For these five models, we perform a dynamical system analysis and derive new conditions that ensure positive, real, and well-defined energy densities throughout cosmic evolution, as well as criteria to avoid future big rip singularities. We obtain exact analytical solutions for $\rho_{\rm{dm}}$, $\rho_{\rm{de}}$, the effective equations of state ($w_{\mathrm{eff}}^{\rm{dm}}$, $w_{\mathrm{eff}}^{\rm{de}}$, $w_{\mathrm{eff}}^{\rm{tot}}$), and a reconstructed dynamical DE equation of state $\tilde{w}$. Using these results, we examine phantom crossings, address the coincidence problem, and apply the statefinder diagnostic to distinguish between models. We show that energy transfer from DM to DE inevitably produces negative energy densities and make future singularities more likely, while transfer from DE to DM avoids these pathologies and is thus theoretically favored. | 暗黒物質（DM）と暗黒エネルギー（DE）が非重力相互作用を通じてエネルギーを交換する相互作用暗黒エネルギー（IDE）モデルは、現代宇宙論における主要な課題を解決するための候補として長年提案されてきました。 これらには、コインシデンス問題、$H_0$張力と$S_8$張力、そして最近ではDESI共同研究によって報告された動的暗黒エネルギーの兆候が含まれます。 IDEモデルへの関心が再び高まっていることを考えると、特に負のエネルギー密度や将来のビッグリップ特異点といった、しばしば無視される問題に関して、観測的に制約する際には、そのパラメータ空間を完全に理解することが極めて重要です。 本研究では、一般的な線形相互作用$Q=3H(\delta_{\rm dm}\rho_{\rm dm} + \delta_{\rm de}\rho_{\rm de})$と4つの特殊なケース、$Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}+\rho_{\rm de})$、$Q=3H\delta(\rho_{\rm dm}-\rho_{\rm de})$、$Q=3H\delta \rho_{\rm dm}$、および$Q=3H\delta \rho_{\rm de}$の比較研究を示す。 これら5つのモデルについて、力学系解析を行い、宇宙進化を通じて正で実数かつ明確に定義されたエネルギー密度を保証する新しい条件と、将来のビッグリップ特異点を回避するための基準を導出する。 我々は、$\rho_{\rm{dm}}$、$\rho_{\rm{de}}$、有効状態方程式（$w_{\mathrm{eff}}^{\rm{dm}}$、$w_{\mathrm{eff}}^{\rm{de}}$、$w_{\mathrm{eff}}^{\rm{tot}}$）、および再構成された動的DE状態方程式$\tilde{w}$の正確な解析解を得た。 これらの結果を用いて、ファントム交差を検証し、一致問題を扱い、状態ファインダー診断を適用してモデルを区別する。 DMからDEへのエネルギー移動は必然的に負のエネルギー密度を生成し、将来の特異点の発生確率を高めるが、DEからDMへの移動はこれらの病理を回避し、理論的に好ましいことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the tidal resonance of the fundamental ($f$-)mode in spinning neutron stars, robustly tracing the onset of the excitation to its saturation, using numerical relativity for the first time. We performed long-term ($\approx15$~orbits) fully relativistic simulations of a merger of two highly and retrogradely spinning neutron stars. The resonance window of the $f$-mode is extended by self-interaction, and the nonlinear resonance continues up to the final plunging phase. We observe that the quasi-circular orbit is maintained throughout since the dissipation of orbit motion due to the resonance is coherent with that due to gravitational waves. The $f$-mode resonance causes a variation in the stellar spin of $\gtrsim6.3\%$ in the linear regime and much more as $\sim33\%$ during the later nonlinear regime. At the merger, a phase shift of $\lesssim40$~radians is rendered in the gravitational waveform as a consequence of the angular momentum and energy transfers into the neutron star oscillations. | 我々は、自転中性子星における基本（$f$）モードの潮汐共鳴を、数値相対論を用いて初めて調べ、励起の開始から飽和までをロバストに追跡した。 2つの高速かつ逆行自転する中性子星の合体について、長期（約15軌道）にわたる完全相対論的シミュレーションを実施した。 $f$モードの共鳴窓は自己相互作用によって拡大し、非線形共鳴は最終的な突入段階まで継続する。 共鳴による軌道運動の散逸は重力波による散逸と整合するため、準円軌道が全体にわたって維持されることが観測された。 $f$モード共鳴は、線形領域では星のスピンに$\gtrsim6.3\%$の変動を引き起こし、その後の非線形領域ではさらに$\sim33\%$の変動を引き起こす。 合体時には、角運動量とエネルギーが中性子星振動に移行する結果、重力波形に約40ラジアンの位相シフトが生じます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The macroscopic model for a neutron star (NS) as a perfect liquid drop at the equilibrium is extended to rotating systems with a small frequency $\omega$ within the effective-surface (ES) approach. The NS angular momentum $I$ and moment of inertia (MI) for a slow stationary azimuthal rotation around the symmetry axis is calculated by using the Kerr metric approach in the Boyer-Lindquist and Hogan forms for the perfect liquid-drop model of NSs. The gradient surface terms of the NS energy density $\mathcal{E}(\rho)$ [Equation of State] are taken into account along with the volume ones at the leading order of the leptodermic parameter $a/R \ll 1$, where $a$ is the ES crust thickness and $R$ is the mean NS radius. The macroscopic NS angular momentum $I$ at small frequencies $\omega$, up to quadratic terms, can be specified for calculations of the adiabatic MI, $\Theta=d I/d \omega$, by using Hogan's inner gravitational metric, $r\le R$. The NS MI, $\Theta=\tilde{\Theta}/(1-\mathcal{G}_{t\varphi})$, was obtained in terms of the statistically averaged MI, $\tilde{\Theta}$, and its time and azimuthal angle correlation, $\mathcal{G}_{t\varphi}$, as sumes of the volume and surface components. The MI $\Theta$ depends dramatically on its effective radius $R$ because of a strong gravitation. We found the significant shift of the Schwarzschild radius $R_{\rm S}$ to a much smaller position due to the time and azimuthal correlation term $\mathcal{G}_{t\varphi}$. The adiabaticity condition is carried out for several neutron stars in a strong gravitation case. | 平衡状態にある完全液滴としての中性子星（NS）の巨視的モデルは、有効表面（ES）アプローチの範囲内で、小さな周波数 $\omega$ を持つ回転系に拡張される。 対称軸の周りのゆっくりとした定常方位回転に対するNS角運動量 $I$ と慣性モーメント（MI）は、NSの完全液滴モデルのBoyer-Lindquist形式とHogan形式におけるKerr計量アプローチを用いて計算される。 NSエネルギー密度$\mathcal{E}(\rho)$ [状態方程式]の勾配面項は、レプトデルミックパラメータ$a/R \ll 1$の主要な次数の体積項とともに考慮される。 ここで、$a$はES地殻厚、$R$は平均NS半径である。 小さな周波数$\omega$における巨視的NS角運動量$I$（二次項まで）は、Hoganの内部重力計量$r\le R$を用いて、断熱MI$\Theta=d I/d \omega$の計算に指定できる。 NS MI$\Theta=\tilde{\Theta}/(1-\mathcal{G}_{t\varphi})$は、統計的に平均化されたMI$\tilde{\Theta}$と、その時間と方位角の相関$\mathcal{G}_{t\varphi}$を体積成分と表面積成分の和として用いて得られる。 MI$\Theta$は、強い重力のために、その有効半径$R$に大きく依存する。 シュワルツシルト半径$R_{\rm S}$が、時間と方位角の相関項$\mathcal{G}_{t\varphi}$の影響により、はるかに小さな位置へ大きくシフトすることを発見しました。 断熱条件は、強い重力のケースにおけるいくつかの中性子星に対して適用されます。 |
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| We propose an O(100)m Atom Interferometer (AI) experiment - AICE - to be installed against a wall of the PX46 access shaft to the LHC. This experiment would probe unexplored ranges of the possible couplings of bosonic ultralight dark matter (ULDM) to atomic constituents and undertake a pioneering search for gravitational waves (GWs) at frequencies intermediate between those to which existing and planned experiments are sensitive, among other fundamental physics studies. A conceptual feasibility study showed that this AI experiment could be isolated from the LHC by installing a shielding wall in the TX46 gallery, and surveyed issues related to the proximity of the LHC machine, finding no technical obstacles. A detailed technical implementation study has shown that the preparatory civil-engineering work, installation of bespoke radiation shielding, deployment of access-control systems and safety alarms, and installation of an elevator platform could be carried out during LS3, allowing installation and operation of the AICE detector to proceed during Run 4 without impacting HL-LHC operation. These studies have established that PX46 is a uniquely promising location for an AI experiment. We foresee that, if the CERN management encourages this Letter of Intent, a significant fraction of the Terrestrial Very Long Baseline Atom Interferometer (TVLBAI) Proto-Collaboration may wish to contribute to AICE. | 我々は、LHCへのPX46アクセスシャフトの壁に設置するO(100)m原子干渉計（AI）実験（AICE）を提案する。 この実験は、ボソン超軽量暗黒物質（ULDM）と原子構成物質との結合の可能性のある未踏領域を探査し、既存および計画中の実験が感度を持つ周波数の中間の周波数における重力波（GW）の先駆的な探索、その他基礎物理学研究を行う。 概念的実現可能性調査では、このAI実験はTX46ギャラリーに遮蔽壁を設置することでLHCから分離できることが示され、LHC装置との近接性に関する問題も調査されたが、技術的な障害は見つからなかった。 詳細な技術実装調査の結果、準備的な土木工事、特注の放射線遮蔽の設置、アクセス制御システムと安全警報装置の設置、エレベータープラットフォームの設置はLS3中に実施可能であり、AICE検出器の設置と運用はHL-LHCの運用に影響を与えることなくRun 4中に進めることができることが示されました。 これらの調査により、PX46はAI実験にとって他に類を見ない有望な場所であることが確立されました。 CERNの経営陣がこの意向書を承認すれば、地上超長基線原子干渉計（TVLBAI）プロトコラボレーションのかなりの部分がAICEへの貢献を希望する可能性があると予測されます。 |
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| We study the stability of ultracompact boson stars admitting light rings combining a perturbative analysis with 3+1 numerical-relativity simulations with and without symmetry assumptions. We observe excellent agreement between all perturbative and numerical results which uniformly support the hypothesis that this family of black-hole mimickers is separated into stable and unstable branches by extremal-mass configurations. This separation includes, in particular, thin-shell boson stars with light rings located on the stable branch which we conclude to represent long-term stable black-hole mimickers. | 我々は、軽いリングを許容する超コンパクトボソン星の安定性を、対称性仮定の有無にかかわらず、摂動解析と3+1数値相対論シミュレーションとを組み合わせ、研究した。 すべての摂動解析結果と数値解析結果は非常によく一致しており、このブラックホール模倣星族は、極限質量構成によって安定枝と不安定枝に分かれているという仮説を一貫して支持している。 この分離には、特に、安定枝に位置する軽いリングを持つ薄殻ボソン星が含まれており、これらは長期的に安定なブラックホール模倣星であると結論づけられる。 |
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| We construct exact solutions that describe the near horizon region of extremal rotating black holes in Einstein-Born-Infeld theory. Using generalized Komar integrals, we extract the electric charge and angular momentum from the near horizon geometries and study their deviations from the Kerr-Newman solution. We identify two features that are direct consequences of the nonlinearities of Born-Infeld theory. First, we find solutions which have vanishing charge but nontrivial electric and magnetic fields. Second, we find that extremal rotating black holes do not exist for sufficiently small charge and angular momentum. Based on analogy with the static black holes, we argue that it would be particularly interesting to construct the full rotating solutions in these parameter regions as they may provide examples of rotating black holes without Cauchy horizons. | アインシュタイン-ボルン-インフェルド理論における極限回転ブラックホールの近地平線領域を記述する厳密解を構築する。 一般化コマー積分を用いて、近地平線形状から電荷と角運動量を抽出し、カー-ニューマン解からの偏差を調べる。 ボルン-インフェルド理論の非線形性から直接生じる2つの特徴を特定する。 第一に、電荷はゼロだが電場と磁場は非自明である解を見出す。 第二に、電荷と角運動量が十分に小さい場合、極限回転ブラックホールは存在しないことを見出す。 静的ブラックホールとの類推に基づき、これらのパラメータ領域における完全な回転解を構築することは、コーシー地平線を持たない回転ブラックホールの例となる可能性があるため、特に興味深いことであると主張する。 |
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| We investigate the nonseparability of N-partite quantum systems by employing the Abe-Rajagopal (AR) $q$-conditional entropy for both free bosonic and fermionic fields in the background of a Garfinkle-Horowitz-Strominger (GHS) dilaton black hole. An intriguing finding is that the Hawking effect of the black hole can generate a net nonseparability of W state for fermionic field. Notably, we observe that fermionic nonseparability exhibits a stronger robustness than its bosonic counterpart, while fermionic coherence is found to be weaker than bosonic coherence within the dilaton black hole background. Additionally, our analysis reveals that the nonseparability of GHZ state is more pronounced than that of W state, yet quantum coherence of GHZ state is comparatively weaker than that of W state in dilaton spacetime. These results suggest that choosing the appropriate quantum resources for different particle types and quantum state configurations is essential for effectively tackling relativistic quantum information tasks. | 我々は、ガーフィンケル・ホロウィッツ・ストロミンガー（GHS）ディラトンブラックホールの背景における自由ボソン場とフェルミオン場の両方に対して、アベ・ラジャゴパル（AR）の$q$条件付きエントロピーを用いて、N部分量子系の非分離性を調べた。 興味深い発見は、ブラックホールのホーキング効果が、フェルミオン場に対してW状態の正味の非分離性を生み出す可能性があることである。 特に、フェルミオンの非分離性はボソン場よりも強いロバスト性を示す一方で、ディラトンブラックホール背景内では、フェルミオンのコヒーレンスはボソンのコヒーレンスよりも弱いことがわかった。 さらに、我々の解析は、ディラトン時空において、GHZ状態の非分離性はW状態よりも顕著であるが、GHZ状態の量子コヒーレンスはW状態よりも比較的弱いことを明らかにした。 これらの結果は、異なる粒子の種類と量子状態構成に適した量子リソースを選択することが、相対論的量子情報タスクに効果的に取り組むために不可欠であることを示唆しています。 |
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| The classification of exact solutions of Maxwell vacuum equations for pseudo-Riemannian spaces with spatial symmetry (homogeneous non-null spaces of Petrov) in the presence of electromagnetic fields invariant with respect to the action of the group of space motions is summarized. A new classification method is used, common to all homogeneous zero spaces of Petrov. The method is based on the use of canonical reper vectors and a on the use a new approach to the systematization of solutions. The classification results are presented in a form more convenient for further use. Using the previously made refinement of the classification of Petrov spaces, the classification of exact solutions of Maxwell vacuum equations for spaces with the group of motions $G_3(VIII )$ is completed. | 空間対称性を持つ擬リーマン空間（ペトロフの同次非零空間）におけるマクスウェル真空方程式の厳密解の、空間運動群の作用に関して不変な電磁場が存在する場合の分類をまとめる。 ペトロフのすべての同次零空間に共通する新しい分類法を用いる。 この方法は、正準代表ベクトルの使用と、解の体系化に対する新しいアプローチの使用に基づいている。 分類結果は、今後の利用により便利な形式で提示される。 ペトロフ空間の分類のこれまでの改良を用いて、運動群 $G_3(VIII)$ を持つ空間におけるマクスウェル真空方程式の厳密解の分類を完了する。 |
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| In this work, our aim is to obtain a Hamiltonian formulation suitable for canonical quantization. Moreover, we assume that the early Universe can be described with fewer initial symmetries, thus we abandon the isotropy assumption and instead explore anisotropic universes, beginning with the simplest one, namely Bianchi I (BI). The presence of small initial fluctuations in the early universe can be well described by perturbations around a homogeneous background. GR is a constrained system, and we apply the so-called Dirac procedure for constrained systems to derive a gauge-invariant Hamiltonian formulation suitable for quantization. In this work, we present how this procedure can be extended to a generic background and its relation to the Kuchar decomposition. Subsequently, we apply this formulation to a BI universe, obtaining new and interesting results on the gauge-invariant representation of matter and geometry perturbations. Contrary to the FLRW case, in which all the modes decouple, in BI we see that scalar and tensor modes do not decouple. We show that new types of gauge-fixing conditions exit in this case. For instance, a gravitational wave can be encoded into scalar modes, by introducing a new gauge which is not valid in FLRW. Furthermore, we make a first step towards a consistent and unified quantization of the composite system made of a background mode and perturbation modes. Specifically, we study tensor modes in a FLRW universe. We focus on the relation between the choice of internal time of the universe and the quantum evolution it undergoes. Our results indicate that the time reparametrization invariance in general relativity affects the quantum evolution of the background and perturbation modes. However, in the classical limit, i.e. for a large universe, the dynamics becomes unique. Thus, the predictive power of the theory is maintained. | 本研究では、正準量子化に適したハミルトニアン定式化を得ることを目的とする。 さらに、初期宇宙はより少ない初期対称性で記述できると仮定し、等方性仮定を放棄し、代わりに最も単純なビアンキI宇宙（BI）から始めて、異方性宇宙を探索する。 初期宇宙における小さな初期揺らぎの存在は、均質背景の周りの摂動によってうまく記述できる。 一般相対論は制約系であり、我々は制約系に対するいわゆるディラック手順を適用して、量子化に適したゲージ不変なハミルトニアン定式化を導出する。 本研究では、この手順を一般的な背景に拡張する方法と、それがクチャー分解とどのように関係するかを示す。 次に、この定式化をBI宇宙に適用し、物質と幾何学摂動のゲージ不変表現に関する新しく興味深い結果を得る。 FLRWの場合、すべてのモードが分離しますが、BIではスカラーモードとテンソルモードが分離しません。 この場合、新しいタイプのゲージ固定条件が存在することを示します。 例えば、FLRWでは有効ではない新しいゲージを導入することで、重力波をスカラーモードにエンコードできます。 さらに、背景モードと摂動モードからなる複合系の無矛盾かつ統一的な量子化に向けた第一歩を踏み出します。 具体的には、FLRW宇宙におけるテンソルモードを研究します。 宇宙の内部時間の選択と、それが受ける量子進化との関係に焦点を当てます。 私たちの結果は、一般相対論における時間再パラメータ化不変性が、背景モードと摂動モードの量子進化に影響を与えることを示しています。 しかし、古典的な極限、つまり大きな宇宙では、ダイナミクスは一意になります。 したがって、理論の予測力は維持されます。 |
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| In this work, we investigate the partition function of 2d CFT under root-$T\bar{T}$ deformation. We demonstrate that the deformed partition function satisfies a flow equation. At large central charge sector, the deformed partition function reduces to a redefinition of the modular parameters, which preserves modular invariance under the deformed parameters. We then derive a Cardy-like formula for the asymptotic density of states using modular bootstrap trick. In the context of AdS/CFT, it was proposed the root-$T\bar{T}$ deformed CFT corresponds to the AdS$_3$ with certain deformed boundary condition. We show the deformed BTZ black hole is a quotient of hyperbolic space. In terms of Chern-Simons formulation, we compute the root-$T\bar{T}$ deformed BTZ black hole entropy and find that it obeys a Cardy-like formula, which is consistent with the modular bootstrap result. Furthermore, employing the Wilson spool technique, we compute the one-loop partition functions for the root-$T\bar{T}$ deformed AdS$_3$ geometry. Our results reveal an exact match between one-loop gravitational partition function and the large $c$ expansion of root-$T\bar{T}$ deformed CFT partition function. | 本研究では、root-$T\bar{T}$ 変形下の2次元CFTの分配関数を解析する。 変形された分配関数がフロー方程式を満たすことを示す。 大きな中心電荷セクターでは、変形された分配関数はモジュラーパラメータの再定義に帰着し、変形されたパラメータの下でモジュラー不変性を保つ。 次に、モジュラーブートストラップトリックを用いて、漸近的状態密度に対するCardy型の公式を導出する。 AdS/CFTの文脈では、root-$T\bar{T}$ 変形CFTが、ある変形境界条件を持つAdS$_3$に対応することが提案されている。 変形されたBTZブラックホールが双曲空間の商であることを示す。 Chern-Simons 定式化を用いて、root-$T\bar{T}$ 変形 BTZ ブラックホールエントロピーを計算し、それが Cardy 型公式に従うことを明らかにしました。 これはモジュラーブートストラップの結果と整合しています。 さらに、Wilson スプール法を用いて、root-$T\bar{T}$ 変形 AdS$_3$ 幾何の 1 ループ分割関数を計算しました。 結果は、1 ループ重力分割関数と root-$T\bar{T}$ 変形 CFT 分割関数の大きな $c$ 展開が完全に一致することを明らかにしました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Considering an exact solution of the five-dimensional Einstein equations in vacuum space, which represents a distorted Myers-Perry black hole with a single angular momentum, we investigate how the distortion affects the horizon surface of this black hole. We illustrate a special case where we have a bumpy deformed black hole horizon that feels the presence of the external sources. However, the ergosphere is oblivious to the presence of external sources. | 真空空間における5次元アインシュタイン方程式の厳密解、すなわち単一の角運動量を持つ歪んだマイヤーズ・ペリー・ブラックホールを考察し、この歪みがこのブラックホールの地平線面にどのような影響を与えるかを調べる。 ここでは、外部音源の存在を感じる凹凸のある変形したブラックホールの地平線を持つ特殊なケースを示す。 しかし、エルゴ球は外部音源の存在を認識しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This dissertation focuses on the reconstruction of Equations of State (EoSs) describing the interior of compact stars, using modern machine learning and deep learning methods. The pipeline is based on data from mass-radius (M-R) curves, obtained by numerically solving the Tolman-Oppenheimer-Volkoff equations for a wide range of admissible EoSs. The manuscript is divided into a Theoretical Part (Chs. 1-4) and a Computational Part (Chs. 5-7). The theoretical chapters analyze the properties of neutron and quark stars, the physical constraints of viable EoS models, and introduce regression algorithms (Decision Tree, Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost) and neural networks with normalization and dropout techniques. The computational part presents the generation of artificial EoSs for hadronic and quark stars (MIT bag, CFL), the numerical solution of the TOV equations, data preparation, and hyperparameter tuning. Results include training and evaluation of models using MSE/MSLE metrics, learning curves for neural networks, and reconstruction of 21 hadronic and 20 quark star EoSs. Source code and tools for reproducibility and future research are provided. The work aims to establish a reusable and scalable framework, strengthening the connection between theoretical astrophysics and computational science. | 本論文は、最新の機械学習と深層学習の手法を用いて、コンパクト星の内部を記述する状態方程式（EoS）の再構築に焦点を当てています。 パイプラインは、許容される様々なEoSについてトールマン-オッペンハイマー-フォルコフ方程式を数値的に解くことで得られた質量半径（M-R）曲線のデータに基づいています。 本論文は、理論部分（第1章～第4章）と計算部分（第5章～第7章）に分かれています。 理論部分の章では、中性子星とクォーク星の特性、実行可能なEoSモデルの物理的制約を分析し、回帰アルゴリズム（決定木、ランダムフォレスト、勾配ブースティング、XGBoost）と、正規化およびドロップアウト手法を用いたニューラルネットワークを紹介します。 計算部分では、ハドロン星およびクォーク星（MITバッグ、CFL）の人工EoSの生成、TOV方程式の数値解、データ準備、ハイパーパラメータ調整について述べる。 成果には、MSE/MSLEメトリクスを用いたモデルの学習と評価、ニューラルネットワークの学習曲線、そして21個のハドロン星および20個のクォーク星EoSの再構築が含まれる。 再現性と将来の研究のためのソースコードとツールも提供される。 本研究は、再利用可能でスケーラブルなフレームワークを確立し、理論天体物理学と計算科学の連携を強化することを目指している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Double Field Theory (DFT) has emerged as a comprehensive framework for gravity, presenting a testable and robust alternative to General Relativity (GR), rooted in the $\mathbf{O}(D,D)$ symmetry principle of string theory. These lecture notes aim to provide an accessible introduction to DFT, structured in a manner similar to traditional GR courses. Key topics include doubled-yet-gauged coordinates, Riemannian versus non-Riemannian parametrisations of fundamental fields, covariant derivatives, curvatures, and the $\mathbf{O}(D,D)$-symmetric augmentation of the Einstein field equation, identified as the unified field equation for the closed string massless sector. By offering a novel perspective, DFT addresses unresolved questions in GR and enables the exploration of diverse physical phenomena, paving the way for significant future research. | 二重場理論（DFT）は、重力理論の包括的な枠組みとして登場し、弦理論の$\mathbf{O}(D,D)$対称性原理に根ざした、一般相対論（GR）に代わる検証可能で堅牢な代替理論を提示しています。 本講義ノートは、従来の一般相対論コースと同様の構成で、DFTへの分かりやすい入門を提供することを目的としています。 主要なトピックには、二重ゲージ座標、基本場のリーマンパラメータ化と非リーマンパラメータ化、共変微分、曲率、そして閉じた弦の質量ゼロセクターに対する統一場方程式として同定されたアインシュタイン場方程式の$\mathbf{O}(D,D)$対称拡大が含まれます。 DFTは、新たな視点を提供することで、一般相対論における未解決の疑問に取り組み、多様な物理現象の探究を可能にし、将来の重要な研究への道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the framework of quasi-topological (QT) gravity, we propose a novel model which is characterized by a bounce of the spacetime such that the singularity in standard general relativity can be avoided in both cosmological and black hole setups. Specifically, in the cosmological background, this model reproduces the modified Friedmann equation proposed in loop quantum cosmology, while in a black hole background, it produces a black bounce metric identical to that of the quantum Oppenheimer-Snyder (qOS) model. This model resolves the singularity presented in the qOS model and provides a unified, manifestly covariant framework for general spacetimes, from which both the modified Friedmann equation and the qOS black hole metric can be derived. Furthermore, it establishes a profound correspondence between the effective dynamics of loop quantum cosmology and the QT gravity theory, suggesting that certain quantum gravitational effects in loop quantum gravity can be captured by adding an infinite tower of higher-curvature corrections to the Einstein-Hilbert action. | 準位相的（QT）重力理論の枠組みにおいて、我々は時空のバウンスを特徴とする新しいモデルを提案する。 このモデルは、標準的な一般相対論における特異点を宇宙論的設定とブラックホール設定の両方で回避することができる。 具体的には、宇宙論的背景において、このモデルはループ量子宇宙論で提案された修正フリードマン方程式を再現し、ブラックホール背景においては、量子オッペンハイマー・スナイダー（qOS）モデルと同一のブラックバウンス計量を生成する。 このモデルはqOSモデルで提示された特異点を解決し、一般時空に対する統一的で明白に共変な枠組みを提供し、そこから修正フリードマン方程式とqOSブラックホール計量の両方を導出することができる。 さらに、ループ量子宇宙論の有効ダイナミクスとQT重力理論の間に深い対応関係が確立され、ループ量子重力における特定の量子重力効果が、アインシュタイン-ヒルベルト作用に高曲率補正の無限塔を加えることによって捉えられることが示唆されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The GeV $\gamma$-ray excess observed towards the Galactic Centre remains unexplained. While dark matter annihilation has long been considered a leading interpretation, an alternative scenario involving a large population of millisecond pulsars has not been ruled out. Testing this hypothesis with electromagnetic observations is difficult, as pulsar searches in the bulge are strongly affected by scattering, high sky temperature, and source confusion. We investigate whether gravitational-wave observations with the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) could provide an independent probe of the millisecond pulsar binary population in the Galactic bulge. We construct synthetic populations of millisecond pulsar-white dwarf binaries under two illustrative formation scenarios: an accreted scenario, in which systems are deposited by disrupted globular clusters, and an in situ scenario, in which binaries form through isolated binary evolution. In both cases, only $10^{-5}$--$10^{-4}$ of the underlying bulge population is detectable by LISA. Nevertheless, even a few detections would imply tens to hundreds of thousands of unseen systems. Accreted binaries are expected to have lower chirp masses ($\sim$0.4 M$_\odot$), while in situ binaries produce more massive companions ($\sim$0.9 M$_\odot$). LISA will measure binary frequencies with high precision, but chirp masses can only be determined for the most massive or highest-frequency systems. Distinguishing millisecond pulsar binaries from the far more numerous double white dwarfs will be challenging, though LISA detections could provide valuable targets for follow-up with the Square Kilometre Array, enabling a critical test of the millisecond pulsar origin of the $\gamma$-ray excess. | 銀河中心方向で観測されるGeV $\gamma$線超過は未だ説明されていない。 暗黒物質対消滅が長らく有力な解釈と考えられてきたが、多数のミリ秒パルサーが関与する代替シナリオも排除されていない。 バルジにおけるパルサーの探索は散乱、高空温度、そして発生源の混乱に強く影響されるため、この仮説を電磁波観測で検証することは困難である。 我々は、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）を用いた重力波観測が、銀河バルジにおけるミリ秒パルサー連星系を独立に調査できるかどうかを調査する。 我々は、2つの形成シナリオ、すなわち崩壊した球状星団によって系が堆積する集積シナリオと、孤立した連星進化によって連星系が形成される原位置シナリオに基づいて、ミリ秒パルサー-白色矮星連星系の合成種族を構築する。 どちらの場合も、バルジを構成する銀河群のうち、LISAで検出できるのはわずか$10^{-5}～$10^{-4}$個です。 しかしながら、たとえ少数の銀河が検出されたとしても、数万から数十万もの未観測の銀河系が存在することを意味します。 集積連星はチャープ質量がより低い（$\sim$0.4 M$_\odot$）と予想されますが、その場にある連星はより質量の大きい伴銀河を生成します（$\sim$0.9 M$_\odot$）。 LISAは連星の周波数を高精度で測定しますが、チャープ質量は最も質量が大きい、または最も周波数の高い連星系でのみ決定できます。 ミリ秒パルサー連星と、はるかに数が多い二重白色矮星を区別することは困難ですが、LISAによる検出は、スクエア・キロメートル・アレイによる追跡調査のための貴重なターゲットとなり、ガンマ線超過のミリ秒パルサー起源の決定的な検証を可能にする可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study black hole imaging in the context of geometrically thick accretion disks in Schwarzschild spacetime. By decomposing the emitting region into a set of one-dimensional luminous segments, each characterized by its inclination angle and inner radius, we construct transfer functions that capture key image features-namely, the direct image, lensing ring, and photon ring. This approach allows a unified treatment of disk geometry and viewing angle. We explore three regimes: optically thin, optically thick, and partially optically thick disks. For optically thin flows, increasing the disk thickness (characterized by the half-opening angle $\psi_0$) broadens the lensing ring, gradually bridging the photon ring and the direct image. The photon ring remains narrow, but its position robustly defines the innermost edge of the lensing structure. In the optically thick case, image features are primarily determined by the first intersection of traced light rays with the disk, and we provide analytical criteria for the presence of lensing and photon rings based on the critical deflection angles. For partially optically thick disks, we adopt a simplified radiative transport model and find a critical absorption coefficient $\chi \sim (6M\psi_0)^{-1}$ beyond which the image rapidly transitions from an optically thin- to thick-disk appearance. These results help clarify the respective roles of the photon and lensing rings across different disk configurations, and may offer a useful framework for interpreting future high-resolution black hole observations. | 我々は、シュワルツシルト時空における幾何学的に厚い降着円盤を例として、ブラックホールの結像を研究する。 放射領域を、傾斜角と内半径で特徴づけられる1次元の発光領域の集合に分解することにより、主要な結像特徴、すなわち直接像、レンズリング、光子リングを捉える伝達関数を構築する。 このアプローチにより、円盤の形状と視野角を統一的に扱うことができる。 我々は、光学的に薄い円盤、光学的に厚い円盤、そして部分的に光学的に厚い円盤の3つの領域を研究する。 光学的に薄い流れの場合、円盤の厚さ（半開角$\psi_0$で特徴づけられる）が増加すると、レンズリングが広がり、光子リングと直接像が徐々に橋渡しされる。 光子リングは狭いままであるが、その位置によってレンズ構造の最内縁が明確に定義される。 光学的に厚い場合、像の特徴は主に追跡された光線がディスクと最初に交差することによって決定され、我々は臨界偏向角に基づいてレンズ効果と光子リングの存在に関する解析的基準を提供する。 部分的に光学的に厚いディスクについては、単純化された放射輸送モデルを採用し、臨界吸収係数$\chi \sim (6M\psi_0)^{-1}$を見出した。 この値を超えると、像は光学的に薄いディスクから厚いディスクへと急速に遷移する。 これらの結果は、異なるディスク構成における光子リングとレンズ効果リングのそれぞれの役割を明らかにするのに役立ち、将来の高解像度ブラックホール観測を解釈するための有用な枠組みを提供する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The consideration of timelike boundaries in de Sitter static patches has a broad motivation, such as the formulation of a well-defined canonical ensemble and the realization of a natural framework for static patch holography. In this work we study Jackiw-Teitelboim de Sitter gravity with symmetric timelike reflecting boundaries, which, in the presence of both cosmological and "black hole" horizons, naturally separate the spacetime into a "black hole system" and a "cosmological system". We apply the island formula to compute the entanglement entropy of conformal matter in both systems. In the "black hole system" an island appears, causing the entanglement entropy to saturate at the horizon value and preventing late-time growth. In the "cosmological system" no island appears, and the entanglement entropy can become arbitrarily large depending on the position of the boundaries, indicating a tension with unitarity. | ド・ジッター静的パッチにおける時間的境界の考察は、明確に定義された正準アンサンブルの定式化や、静的パッチホログラフィーのための自然な枠組みの実現など、幅広い動機に基づくものである。 本研究では、対称的な時間的反射境界を持つジャッキー＝タイテルボイム・ド・ジッター重力を研究する。 この境界は、宇宙論的地平線と「ブラックホール」地平線の両方が存在する場合、時空を「ブラックホール系」と「宇宙論的系」に自然に分離する。 島公式を適用して、両系における共形物質のエンタングルメント・エントロピーを計算する。 「ブラックホール系」では島が現れ、エンタングルメント・エントロピーが地平線値で飽和し、後期時間の成長が妨げられる。 「宇宙論的系」では島は現れず、エンタングルメント・エントロピーは境界の位置に依存して任意に大きくなり、ユニタリー性との緊張関係を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate massive charged scalar perturbations in the background of three-dimensional dilaton black holes with a cosmological constant. We demonstrate that the wave equations governing the dynamics of these perturbations are exactly solvable, with the radial part expressible in terms of confluent Heun functions. The quasibound state frequencies are computed analytically, and we examine their dependence on the scalar field's mass and charge, as well as on the black hole's mass and electric charge. Our analysis also underscores the crucial role played by the cosmological constant in shaping the behavior of these perturbations. This specific black hole metric arises as a solution to the low-energy effective action of string theory in $2+1$ dimensions, and it holds potential for experimental realization in analog gravity systems due to the similarity between its surface gravity and that of acoustic analogs. Moreover, the analytic tractability of this system offers a valuable testing ground for exploring aspects of black hole spectroscopy, stability, and quantum field theory in curved spacetime. The exact solvability facilitates deeper insights into the interplay between geometry and matter fields in lower-dimensional gravity, where quantum gravitational effects can be more pronounced. Such studies not only enrich our understanding of dilaton gravity and its string-theoretic implications but also pave the way for potential applications in simulating black hole phenomena in laboratory settings using analog models. | 本研究では、宇宙定数を持つ3次元ディラトンブラックホールの背景における、質量を持つ荷電スカラー摂動を調べる。 これらの摂動のダイナミクスを支配する波動方程式は厳密に解けることを示し、その動径方向部分は合流型ホイン関数で表現できることを示す。 準束縛状態の周波数を解析的に計算し、スカラー場の質量と電荷、そしてブラックホールの質量と電荷への依存性を調べる。 また、本解析は、これらの摂動の挙動を形作る上で宇宙定数が果たす重要な役割を強調する。 この特定のブラックホール計量は、2+1次元における弦理論の低エネルギー有効作用の解として現れ、その表面重力と音響アナログの重力との類似性により、アナログ重力系における実験的実現の可能性を秘めている。 さらに、この系の解析的扱いやすさは、ブラックホール分光、安定性、そして曲がった時空における量子場の理論といった側面を探求するための貴重な実験場を提供します。 厳密な可解性は、量子重力効果がより顕著になり得る低次元重力における幾何学と物質場の相互作用についてのより深い洞察を促進します。 このような研究は、ディラトン重力とその弦理論的含意に関する理解を深めるだけでなく、アナログモデルを用いて実験室環境でブラックホール現象をシミュレーションする潜在的な応用への道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The field of gravitational wave (GW) detection is progressing rapidly, with several next-generation observatories on the horizon, including LISA. GW data is challenging to analyze due to highly variable signals shaped by source properties and the presence of complex noise. These factors emphasize the need for robust, advanced analysis tools. In this context, we have initiated the development of a low-latency GW detection pipeline based on quantum neural networks (QNNs). Previously, we demonstrated that QNNs can recognize GWs simulated using post-Newtonian approximations in the Newtonian limit. We then extended this work using data from the LISA Consortium, training QNNs to distinguish between noisy GW signals and pure noise. Currently, we are evaluating performance on the Sangria LISA Data Challenge dataset and comparing it against classical methods. Our results show that QNNs can reliably distinguish GW signals embedded in noise, achieving classification accuracies above 98\%. Notably, our QNN identified 5 out of 6 mergers in the Sangria blind dataset. The remaining merger, characterized by the lowest amplitude, highlights an area for future improvement in model sensitivity. This can potentially be addressed using additional mock training datasets, which we are preparing, and by testing different QNN architectures and ansatzes. | 重力波（GW）検出の分野は急速に進歩しており、LISAを含むいくつかの次世代観測所が間もなく建設される予定です。 重力波データは、発生源の特性によって信号が大きく変動し、複雑なノイズが存在するため、解析が困難です。 これらの要因により、堅牢で高度な解析ツールの必要性が高まっています。 こうした背景から、私たちは量子ニューラルネットワーク（QNN）に基づく低遅延の重力波検出パイプラインの開発に着手しました。 これまでに、ニュートン極限においてポストニュートン近似を用いてシミュレートされた重力波をQNNが認識できることを実証しました。 その後、LISAコンソーシアムのデータを用いてこの研究を拡張し、ノイズの多い重力波信号と純粋なノイズを区別できるようにQNNをトレーニングしました。 現在、Sangria LISAデータチャレンジデータセットで性能を評価し、従来の手法と比較しています。 我々の研究結果は、QNNがノイズに埋め込まれた重力波信号を確実に識別し、98%を超える分類精度を達成できることを示しています。 特に、我々のQNNはSangriaブラインドデータセットにおいて6つの合体のうち5つを識別しました。 残りの合体は振幅が最も小さいという特徴があり、モデルの感度における今後の改善の余地があることを示唆しています。 これは、現在準備中の追加の模擬訓練データセットや、異なるQNNアーキテクチャと仮説のテストを用いることで解決できる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Within the framework of the new formalism of quantum theory - the quantum principle of least action - the initial state of the universe is determined, which is an analogue of the Hartle-Hawking no-boundary wave function. The quantum evolution of the universe is modified by additional conditions in a certain compact region of space-time, which is called the observation region. Additional conditions are Noether identities related to the general covariance of the theory and internal symmetries of matter fields. The consequences of the local law of conservation of the energy-momentum tensor of matter are considered in detail. Its consequence is the deterministic nature of the motion of the energy and momentum densities of matter in the observation area. The geometric parameters of the region boundary are also determined by the deterministic motion of the matter fields inside. The choice of boundary conditions for the energy-momentum flow at the boundary serves as a mechanism for decoherence of the quantum evolution of the universe. The result of decoherence is a certain correspondence between the final state of the universe and the state of the observer in the specified region. This correspondence allows us to formulate the extremum principle in quantum cosmology, in which the action functional constructed using the final state determines the world history of the universe as the observer sees it. | 量子論の新しい形式論、すなわち量子最小作用原理の枠組みにおいて、宇宙の初期状態が決定される。 これはハートル・ホーキングの無境界波動関数の類似体である。 宇宙の量子進化は、観測領域と呼ばれる時空の特定のコンパクトな領域における追加条件によって修正される。 追加条件とは、理論の一般共変性と物質場の内部対称性に関連するノイマン恒等式である。 物質のエネルギー運動量テンソルの局所保存則の帰結が詳細に考察される。 その結果、観測領域における物質のエネルギー密度と運動量密度の運動は決定論的となる。 領域境界の幾何学的パラメータもまた、内部の物質場の決定論的運動によって決定される。 境界におけるエネルギー運動量の流れに対する境界条件の選択は、宇宙の量子進化のデコヒーレンス（干渉除去）のメカニズムとして機能する。 デコヒーレンスの結果として、宇宙の最終状態と特定の領域における観測者の状態との間に、ある一定の対応関係が生まれます。 この対応関係により、量子宇宙論における極限原理を定式化することが可能になります。 極限原理では、最終状態を用いて構築された作用関数が、観測者から見た宇宙の世界史を決定します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we explore a possible application of a machine learning classifier for candidate events in a template-based search for gravitational-wave (GW) signals from various compact system sources. We analyze data from the O3a and O3b data acquisition campaign, during which the sensitivity of ground-based detectors is limited by real non-Gaussian noise transient. The state-of-the-art searches for such signals tipically rely on the signal-to-noise ratio (SNR) and a chi-square test to assess the consistency of the signal with an inspiral template. In addition, a combination of these and other statistical properties are used to build a 're-weighted SNR' statistics. We evaluate a Random Forest classifiers on a set of double-coincidence events identified using the MBTA pipeline. The new classifier achieves a modest but consistent increase in event detection at low false positive rates relative to the standard search. Using the output statistics from the Random Forest classifier, we compute the probability of astrophysical origin for each event, denoted as $p_\mathrm{astro}$. This is then evaluated for the events listed in existing catalogs, with results consistent with those from the standard search. Finally, we search for new possible candidates using this new statistics, with $p_\mathrm{astro} > 0.5$, obtaining a new subthreshold candidate (IFAR =0.05) event at $gps: 1240423628$ . | 本研究では、様々なコンパクトシステム源からの重力波（GW）信号のテンプレートベース探索において、候補イベントに対する機械学習分類器の適用可能性を検討する。 地上検出器の感度が実非ガウス性過渡ノイズによって制限されるO3aおよびO3bデータ取得キャンペーンのデータを解析する。 このような信号の最先端探索では、通常、信号対雑音比（SNR）とカイ二乗検定を用いて、信号とインスパイラルテンプレートの整合性を評価する。 さらに、これらとその他の統計特性を組み合わせて、「再重み付けSNR」統計を構築する。 MBTAパイプラインを用いて同定された二重同時発生イベントセットに対して、ランダムフォレスト分類器を評価する。 新しい分類器は、標準的な探索と比較して、低い偽陽性率で、イベント検出率を適度に、しかし着実に向上させる。 ランダムフォレスト分類器の出力統計値を用いて、各イベントの天体起源確率（$p_\mathrm{astro}$と表記）を計算します。 この確率を既存のカタログに記載されているイベントに対して評価すると、標準的な検索の結果と一致します。 最後に、この新しい統計値を用いて、$p_\mathrm{astro} > 0.5$となる新たな候補イベントを検索し、$gps: 1240423628$で新たな閾値下候補（IFAR =0.05）イベントを得ます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The lack of a dynamical framework within doubly special relativity theories has impeded the development of a corresponding phenomenology of modified interactions. In this work we show that in a model based on the classical basis of $\kappa$-Poincar\'e and total momentum conservation, one has a well-defined cross section of the photon-photon annihilation process, once a prescription for the channel treatment is set. The modification of the interaction can lead to observable effects in the opacity of the Universe to very high-energy gamma rays when the gamma-ray energy approaches the energy scale of the deformation. The magnitude and observability of this deformation are examined as functions of the gamma-ray energy and source distance. | 二重特殊相対論における力学的な枠組みの欠如は、対応する相互作用の修正された現象論の発展を妨げてきた。 本研究では、$\kappa$-ポアンカレと全運動量保存則という古典的な基盤に基づくモデルにおいて、チャネル処理の規定さえ設定すれば、光子-光子消滅過程の断面積を明確に定義できることを示す。 相互作用の修正は、ガンマ線エネルギーが変形のエネルギースケールに近づくと、超高エネルギーガンマ線に対する宇宙の不透明度に観測可能な効果をもたらす可能性がある。 この変形の大きさと観測可能性は、ガンマ線エネルギーと源からの距離の関数として調べられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, there were works claiming that path integral quantisation of gauge theories necessarily requires relaxation of Lagrangian constraints. As has also been noted in the literature, it is of course wrong since there perfectly exist gauge field quantisations respecting the constraints, and at the same time the very idea of changing the classical theory in this way has many times appeared in other works. On the other hand, what was done in the path integral approach is fixing a gauge in terms of zero-momentum variables. We would like to show that this relaxation is what normally happens when one fixes such a gauge at the level of action principle in a Lagrangian theory. Moreover, there is an interesting analogy to be drawn. Namely, one of the ways to quantise a gauge theory is to build an extended Hamiltonian and then add new conditions by hand such as to make it a second class system. The constraints' relaxation occurs when one does the same at the level of the total Hamiltonian, i.e. a second class system with the primary constraints only. | 最近、ゲージ理論の経路積分量子化にはラグランジアン拘束条件の緩和が必須であると主張する研究がありました。 文献でも指摘されているように、もちろんこれは誤りです。 なぜなら、拘束条件を満たすゲージ場の量子化は完全に存在し、同時に、このように古典理論を変更するという考え自体が他の研究で何度も登場しているからです。 一方、経路積分アプローチで行われたのは、ゲージをゼロ運動量変数で固定することです。 私たちは、この緩和が、ラグランジアン理論の作用原理のレベルでそのようなゲージを固定した場合に通常起こることであることを示したいと思います。 さらに、興味深い類推が挙げられます。 つまり、ゲージ理論を量子化する方法の1つは、拡張ハミルトニアンを構築し、それを第2クラスのシステムにするなどの新しい条件を手動で追加することです。 制約の緩和は、 同じことを全ハミルトニアン、つまり 主要な制約のみを持つ第2クラスのシステムで行ったときに発生します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| An interesting class of time dependent backgrounds in $1+1$ dimensional string theory involves worldsheet Liouville walls which move in (target space) time. When a parameter in such a background exceeds a certain critical value, the speed of the Liouville wall exceeds the speed of light, and there is no usual S-Matrix. We examine such backgrounds in the dual $c=1$ matrix model from the point of view of fluctuations of the collective field, and determine the nature of the emergent space-time perceived by these fluctuations. We show that so long as the corresponding Liouville wall remains time-like, the emergent space time is conformal to full Minkowski space with a time-like wall. However, for the cases where the Liouville wall is superluminal, the emergent space-time has a {\em space-like boundary} where the collective field couplings diverge. This appears as a space-like singularity in perturbative collective field theory. We comment on the necessity of incorporating finite $N$, as well as finite (double-scaled) coupling, effects to understand the behavior of the exact theory near this boundary. | $1+1$ 次元弦理論における時間依存背景の興味深いクラスとして、（対象空間）時間内を移動する世界面リウヴィル壁が挙げられる。 このような背景のパラメータがある臨界値を超えると、リウヴィル壁の速度は光速を超え、通常の S 行列は存在しない。 我々は、双対 $c=1$ 行列モデルにおけるこのような背景を集団場の揺らぎの観点から考察し、これらの揺らぎによって知覚される創発時空の性質を決定する。 対応するリウヴィル壁が時間的である限り、創発時空は時間的壁を持つ完全なミンコフスキー空間に共形となることを示す。 しかし、リウヴィル壁が超光速である場合、創発時空は集団場の結合が発散する {\em 空間的境界} を持つ。 これは、摂動的な集団場理論において空間的特異点として現れる。 この境界付近での厳密理論の挙動を理解するために、有限の$N$効果と有限（2倍スケール）結合効果を組み込む必要性についてコメントする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a flexible framework based on physics-informed neural networks (PINNs) for solving boundary value problems involving minimal surfaces in curved spacetimes, with a particular emphasis on singularities and moving boundaries. By encoding the underlying physical laws into the loss function and designing network architectures that incorporate the singular behavior and dynamic boundaries, our approach enables robust and accurate solutions to both ordinary and partial differential equations with complex boundary conditions. We demonstrate the versatility of this framework through applications to minimal surface problems in anti-de Sitter (AdS) spacetime, including examples relevant to the AdS/CFT correspondence (e.g. Wilson loops and gluon scattering amplitudes) popularly used in the context of string theory in theoretical physics. Our methods efficiently handle singularities at boundaries, and also support both "soft" (loss-based) and "hard" (formulation-based) imposition of boundary conditions, including cases where the position of a boundary is promoted to a trainable parameter. The techniques developed here are not limited to high-energy theoretical physics but are broadly applicable to boundary value problems encountered in mathematics, engineering, and the natural sciences, wherever singularities and moving boundaries play a critical role. | 我々は、特異点と移動境界に特に重点を置き、曲がった時空における極小曲面を含む境界値問題を解くための、物理学に基づくニューラルネットワーク（PINN）に基づく柔軟な枠組みを開発する。 基礎となる物理法則を損失関数に符号化し、特異挙動と動的境界を組み込んだネットワークアーキテクチャを設計することにより、我々のアプローチは、複雑な境界条件を持つ常微分方程式と偏微分方程式の両方に対して、ロバストかつ高精度な解を可能にする。 我々は、反ド・ジッター（AdS）時空における極小曲面問題への応用を通して、この枠組みの汎用性を示す。 これには、理論物理学における弦理論の文脈で広く用いられるAdS/CFT対応（例えば、ウィルソンループやグルーオン散乱振幅）に関連する例も含まれる。 我々の手法は、境界における特異点を効率的に処理するだけでなく、境界条件の「ソフト」（損失ベース）と「ハード」（定式化ベース）の両方の適用をサポートし、境界の位置を学習可能なパラメータに昇格させるケースも含みます。 ここで開発された手法は、高エネルギー理論物理学に限らず、数学、工学、自然科学において、特異点や移動境界が重要な役割を果たす境界値問題に広く適用可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum thermal states are known to be passive, as required by the second law of thermodynamics. This paper investigates the potential for work extraction by coupling a thermal bath to a qubit of either spin, fermionic, or topological type, which acts as a quantum thermal state at different temperatures. The amount of work extraction is derived from the work statistics under a cyclic nonequilibrium process. Although the work statistics of many-body systems are known to be challenging to calculate explicitly, we propose an effective field theory approach to tackle this problem by assuming the externally driven source couples to a specific quasiparticle operator of the thermal state. We show that the work statistics can be expressed succinctly in terms of this quasiparticle's thermal spectral function. We obtain the non-perturbative work distribution function (WDF) for the pure thermal bath without the qubit coupling. With qubit coupling, we get the second-order WDF, from which the physical regime of work extraction can be pinned down precisely to help devise quantum heat engines or refrigerators. Their efficiency or coefficient of performance (COP) can be inferred from the combination of the fluctuation theorem and the first law, and we find that the spin/topological qubit-bath system generally yields a far better heat engine/refrigerator than the other two alternatives due to the underlying quantum statistics. | 量子熱状態は、熱力学第二法則が要求するように、受動的であることが知られている。 本論文では、異なる温度で量子熱状態として作用するスピン型、フェルミオン型、またはトポロジカル型の量子ビットを熱浴に結合することによる仕事抽出の可能性を検討する。 仕事抽出量は、周期的非平衡過程における仕事統計から導出される。 多体系の仕事統計を明示的に計算することは困難であることが知られているが、本研究では、外部駆動源が熱状態の特定の準粒子演算子に結合すると仮定することにより、この問題に対処するための効果的な場の理論的アプローチを提案する。 仕事統計は、この準粒子の熱スペクトル関数を用いて簡潔に表現できることを示す。 量子ビット結合のない純粋な熱浴の非摂動的な仕事分布関数（WDF）を得る。 量子ビット結合により、2次のWDFが得られ、そこから仕事抽出の物理的領域を正確に特定することができ、量子熱機関や量子冷凍機の設計に役立ちます。 これらの効率、すなわち性能係数（COP）は、揺らぎ定理と第一法則の組み合わせから推定でき、スピン／トポロジカル量子ビットバスシステムは、その基礎となる量子統計により、他の2つの選択肢よりもはるかに優れた熱機関／冷凍機を一般に生み出すことがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss an interacting dark sector model featuring decaying vacuum energy and dark matter empowered by gravitationally induced matter creation. Motivated by quantum field theoretic considerations of vacuum decay and adiabatic particle production, we analyse both the background dynamics and the growth rate of perturbations. The model is confronted with diverse datasets, including Cosmic Chronometers, Pantheon Type Ia Supernovae, Baryon Acoustic Oscillations, Cosmic Microwave Background distance priors, weighted linear growth rate measurements and an $H_0$ prior, with parameter estimation performed via Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods. Model comparison is carried out using the Akaike and Deviance Information Criterion. Our results show a consistent transition from a decelerated to an accelerated expansion phase, with present Hubble parameter estimates lying between the Planck and SH0ES values, thereby easing the Hubble tension. The structure growth parameter $S_8$ is also compatible with Planck 2018 and recent weak lensing surveys. A thermodynamic analysis confirms consistency with the generalized second law, and including Casimir contributions provides further insights into the model's dynamics. Overall, the proposed model effectively captures the Universe's evolution at both theoretical and observational levels.} | 我々は、崩壊する真空エネルギーと、重力誘起物質生成によって増強された暗黒物質を特徴とする相互作用するダークセクターモデルについて議論する。 真空崩壊と断熱粒子生成に関する量子場理論の考察に基づき、背景ダイナミクスと擾乱の成長率の両方を解析する。 このモデルは、宇宙クロノメーター、パンテオン型Ia超新星、重粒子音響振動、宇宙マイクロ波背景放射の距離事前分布、重み付き線形成長率測定、$H_0$事前分布など、多様なデータセットを用いて評価され、マルコフ連鎖モンテカルロ法（MCMC法）によってパラメータ推定が行われる。 モデルの比較は、赤池情報量基準と逸脱情報量基準を用いて行われる。 我々の結果は、減速膨張期から加速膨張期への一貫した遷移を示しており、現在のハッブルパラメータ推定値はプランク値とSH0ES値の間に位置し、ハッブル・テンションを緩和している。 構造成長パラメータ$S_8$は、Planck 2018および最近の弱レンズ効果サーベイとも整合しています。 熱力学的解析により、一般化第二法則との整合性が確認され、カシミール効果を考慮することで、モデルのダイナミクスに関する更なる知見が得られます。 全体として、提案されたモデルは、理論レベルと観測レベルの両方で宇宙の進化を効果的に捉えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Technical and environmental noise in ground-based laser interferometers designed for gravitational-wave observations like Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA, can manifest as narrow (<1Hz) or broadband ($10'$s or even $100'$s of Hz) spectral lines and features in the instruments' strain amplitude spectral density. When the sources of this noise cannot be identified or removed, in cases where there are witness sensors sensitive to this noise source, denoising of the gravitational-wave strain channel can be performed in software, enabling recovery of instrument sensitivity over affected frequency bands. This noise hunting and removal process can be particularly challenging due to the wealth of auxiliary channels monitoring the interferometry and the environment and the non-linear couplings that may be present. In this work, we present a comprehensive analysis approach and corresponding cyberinfrastructure to promptly identify and remove noise in software using machine learning techniques. The approach builds on earlier work (referred to as DeepClean) in using machine learning methods for linear and non-linear regression of noise. We demonstrate how this procedure can be operated and optimized in a tandem fashion close to online data taking; it starts off with a coherence monitoring analysis that first singles out and prioritizes witness channels that can then be used by DeepClean. The resulting denoised strain by DeepClean reflects a 1.4\% improvement in the binary neutron star range, which can translate into a 4.3\% increase in the sensitive volume. This cyber infrastructure we refer to as Coherence DeepClean, or CDC, is a significant step toward autonomous operations of noise subtraction for ground-based interferometers. | 地上設置型レーザー干渉計（Advanced LIGO、Advanced Virgo、KAGRAなど）における技術的ノイズおよび環境ノイズは、狭帯域（1Hz未満）または広帯域（数十Hz、さらには数百Hz）のスペクトル線や、機器の歪み振幅スペクトル密度の特徴として現れることがあります。 このノイズ源を特定または除去できない場合、このノイズ源に敏感な観測センサーが存在する場合は、重力波歪みチャネルのノイズ除去をソフトウェアで実行することで、影響を受ける周波数帯域にわたる機器感度の回復が可能になります。 このノイズ探索および除去プロセスは、干渉計と環境を監視する多数の補助チャネル、および存在する可能性のある非線形結合のために特に困難になる可能性があります。 本研究では、機械学習技術を用いてソフトウェアでノイズを迅速に特定および除去するための包括的な分析アプローチと対応するサイバーインフラストラクチャを提示します。 このアプローチは、機械学習手法を用いたノイズの線形および非線形回帰に関する以前の研究（DeepCleanと呼ばれる）に基づいています。 この手順をオンラインデータ取得に近い形で並行して操作および最適化する方法を示します。 まず、コヒーレンス監視分析を行い、DeepCleanで使用できる監視チャネルを最初に特定して優先順位を付けます。 DeepCleanによって得られたノイズ除去歪みは、連星中性子星の範囲が1.4%改善され、これは感度体積が4.3%増加することを意味します。 このサイバーインフラストラクチャをCoherence DeepClean（CDC）と呼んでおり、地上設置型干渉計におけるノイズ除去の自律運用に向けた重要な一歩です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we explore the solutions of rotating black holes within the framework of de Rham-Gabadadze-Tolley (dRGT) massive gravity. We provide a detailed, step-by-step analytical derivation of these solutions. Our solutions are characterized by several parameters: mass $M$ , electric charge $Q_{*}$, angular momentum $a$, and a graviton mass $m$. This graviton mass term incorporates both a cosmological constant $\Lambda$ and a St\"uckelberg charge $S_{*}$ into the black hole parameters. These solutions may serve as potential candidates for astrophysical black holes. | 本論文では、回転ブラックホールの解を、ド・ラム・ガバダゼ・トーリー（dRGT）の質量重力理論の枠組みの中で探究する。 これらの解の詳細な段階的解析的導出を提供する。 これらの解は、質量 $M$、電荷 $Q_{*}$、角運動量 $a$、重力子質量 $m$ といったいくつかのパラメータによって特徴付けられる。 この重力子質量項は、宇宙定数 $\Lambda$ とシュトゥッケルベルク電荷 $S_{*}$ の両方をブラックホールパラメータに組み込む。 これらの解は、天体物理学的ブラックホールの候補となる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We argue that topological operators for continuous symmetries written in terms of currents need regularization, which effectively gives them a small but finite width. The regulated operator is a finite tension object which fluctuates. In the zero-width limit these fluctuations freeze, recovering the properties of a topological operator. When gravity is turned on, the zero-width limit becomes ill-defined, thereby prohibiting the existence of topological operators. | 連続対称性に対する位相作用素は、カレントを用いて記述され、実質的には小さいながらも有限の幅を持つ正規化が必要であると我々は主張する。 正規化によって、位相作用素は有限の張力を持つ物体となり、変動する。 ゼロ幅極限では、これらの変動は凍結し、位相作用素の性質を取り戻す。 重力が作用すると、ゼロ幅極限は不明確になり、位相作用素の存在が禁じられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, Hou et al. [Astrophys. J. Lett. 988, L51 (2025)] revealed that the EVPA (Electric Vector Position Angle) of polarization vectors in the near-horizon images is governed solely by spacetime geometry and is irrespective of the plasma flows. Here, we generalize the study to the scenario of a rotating hair black hole within Horndeski gravity and probe the effects of the hairy parameter on the EVPA. For a fixed inclination, the hairy parameter enhances the observed EVPA in the slowly rotating case, but decreases it in the rapidly rotating case. For a fixed black hole spin, the influence of the hairy parameter on the observed EVPA under different observer inclinations is further modulated by the azimuthal angle of the observed polarization vector. The hairy parameter's impact is more distinct in the low inclination case as the azimuthal angle lies within a specific range, but is almost independent of the observer inclination as the azimuthal angle is beyond this specific range. Furthermore, the dependence of the hairy parameter's impact on the EVPA is stronger with respect to the black hole spin than to the inclination angle. These results could help to further understand the near-horizon polarized images and Horndeski gravity. | 最近、Houら[Astrophys. J. Lett. 988, L51 (2025)]は、近地平線像における偏光ベクトルのEVPA（電気ベクトル位置角）は時空幾何学によってのみ支配され、プラズマ流とは無関係であることを明らかにした。 本研究では、この研究をホーンデスキー重力下で回転するヘアブラックホールのシナリオに一般化し、ヘアパラメータがEVPAに及ぼす影響を調べた。 傾斜角が固定されている場合、ヘアパラメータは、低速回転の場合は観測されるEVPAを増大させるが、高速回転の場合はEVPAを減少させる。 ブラックホールのスピンが固定されている場合、異なる観測者傾斜角におけるヘアパラメータが観測EVPAに及ぼす影響は、観測される偏光ベクトルの方位角によってさらに変調される。 ヘアリーパラメータの影響は、方位角が特定の範囲内にある低傾斜角の場合により顕著ですが、方位角がこの特定の範囲を超えると、観測者の傾斜角にはほとんど依存しなくなります。 さらに、ヘアリーパラメータのEVPAへの影響は、傾斜角よりもブラックホールのスピンに対してより強く依存します。 これらの結果は、地平線近くの偏光画像とホーンデスキー重力の理解を深めるのに役立つ可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| I revisit whether black-hole remnants, from sub-Planckian compact objects to Planck relics and up to (super)massive black holes, can preserve Standard-Model (SM) electric charge. Two exterior-field mechanisms -- Coulomb-focused capture from ambient media and QED Schwinger pair production -- robustly neutralize such objects across cosmic history. I first derive the general capture rate including both Coulomb and gravitational focusing, and sum the stepwise discharge time in closed form via the trigamma function, exhibiting transparent Coulomb- and gravity-dominated limits. I then integrate the Schwinger rate over the near-horizon region to obtain an explicit $\dot Q(Q)$ law: discharge proceeds until the horizon field falls below $E_{\rm crit}$, leaving a residual charge $Q_{\rm stop}^{(e)}\!\propto\! r_h^2$ that is $\ll e$ for Planck radii. Mapping the mass dependence from sub-Planckian to astrophysical scales, I also analyze dark-sector charges with heavy carriers (including kinetic mixing and massive mediators). In a conservative ``no-Schwinger'' limit where vacuum pair creation is absent, cumulative ambient exposures alone force discharge of any integer SM charge. Three possible loopholes remain. (i) A fine-tuned SM corner in which the relic sits arbitrarily close to Reissner-Nordstr\"om extremality so greybody factors suppress charged absorption, while Schwinger pair creation is absent due to Planck-scale physics. (ii) Charge relocated to a hidden $U(1)_D$ with no light opposite carriers, e.g. if the lightest state is very heavy and/or kinetic mixing with $U(1)_{\rm EM}$ is vanishingly small. (iii) Discrete or topological charges rather than ordinary SM electric charge. Outside these cases, the conclusion is robust: within SM electromagnetism, charged black-hole relics neutralize efficiently and cannot retain charge over cosmological times. | プランク準コンパクト天体からプランク残骸、そして（超）大質量ブラックホールに至るまで、ブラックホール残骸が標準模型（SM）の電荷を保存できるかどうかを再検証する。 2つの外部場メカニズム、すなわち周囲媒質からのクーロン集束捕獲とQEDシュウィンガー対生成は、宇宙の歴史を通じてこれらの天体をロバストに中和する。 まず、クーロン集束と重力集束の両方を含む一般的な捕獲率を導出し、段階的な放電時間を三ガンマ関数を用いて閉じた形で合計し、クーロンおよび重力が支配する透明な極限を示す。 次に、シュウィンガー率を地平線近傍領域で積分し、明示的な$\dot Q(Q)$法則を得る。 放電は地平線場が$E_{\rm crit}$を下回るまで続き、残留電荷$Q_{\rm stop}^{(e)}\!\propto\!を残す。 プランク半径に対しては$\ll e$であるr_h^2$である。 サブプランクスケールから天体物理学的スケールまで質量依存性をマッピングし、重いキャリア（運動学的混合と質量を持つメディエーターを含む）によるダークセクター電荷も解析する。 真空対生成が存在しない保守的な「シュウィンガー効果なし」極限では、累積的な周囲光照射のみで、任意の整数SM電荷が放電される。 3つの抜け穴が残っている。 (i) 微調整された標準模型コーナー。 このコーナーでは、残骸はライスナー・ノルドストローム極限性に任意に近い位置にあり、グレーボディ因子が荷電吸収を抑制しますが、プランクスケールの物理によりシュウィンガー対生成は発生しません。 (ii) 電荷は隠れた$U(1)_D$に再配置され、軽い反対キャリアは存在しません。 例えば、最軽量状態が非常に重い場合、および/または$U(1)_{\rm EM}$との運動学的混合が極めて小さい場合などです。 (iii) 通常の標準模型電荷ではなく、離散的または位相的な電荷。 これらのケース以外では、結論は堅牢です。 標準模型電磁気学の範囲内では、荷電ブラックホール残骸は効率的に中和され、宇宙時間を超えて電荷を保持することはできません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we apply the generalised Feshbach Villars transformation (GFVT) to spin-0 scalar fields in a Schwarzschild gravitational background. Starting from the covariant Klein Gordon equation, we reformulate the dynamics in the FV two-component representation, which enables a natural separation of positive- and negative-energy branches. In the far-field approximation, the system exhibits a hydrogen like bound spectrum, confirming the ability of GFVT to provide a consistent probabilistic interpretation in curved spacetime. We then extend the formalism by introducing a relativistic harmonic oscillator potential, which transforms the radial equation into a biconfluent Heun form. The requirement of square integrability leads to a discrete oscillator spectrum that remains independent of the gravitational parameter, with gravity appearing only through selection rules on the admissible quantum states. Explicit wave functions, probability densities, and graphical results are presented, illustrating the internal consistency of the method. Overall, this study demonstrates the effectiveness of GFVT as a bridge between relativistic quantum mechanics and curved geometry, and it highlights its potential for future applications in strong gravitational fields. | 本研究では、一般化フェシュバッハ・ヴィラール変換（GFVT）を、シュワルツシルト重力背景におけるスピン0のスカラー場に適用する。 共変クライン・ゴルドン方程式を出発点として、正エネルギー枝と負エネルギー枝の自然な分離を可能にするFV二成分表現におけるダイナミクスを再定式化する。 遠方場近似において、系は水素のような束縛スペクトルを示し、GFVTが曲がった時空において一貫した確率的解釈を提供できることを裏付ける。 次に、相対論的調和振動子ポテンシャルを導入することでこの形式主義を拡張し、動径方程式を双合流型ホイン形式に変換する。 2乗可積分性の要件は、重力パラメータに依存しない離散振動子スペクトルをもたらし、重力は許容量子状態の選択則を通してのみ現れる。 明示的な波動関数、確率密度、そしてグラフによる結果が提示され、この手法の内部的な一貫性が示されています。 全体として、本研究は、GFVTが相対論的量子力学と曲面幾何学を繋ぐ橋渡しとしての有効性を実証し、強い重力場における将来の応用の可能性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider the behavior of the analogue of the Lemaitre time when a particle approaches the horizon of a rotating black hole. For the Kerr metric, the aforementioned time coincides with the Doran or Natario time but we consider a more general class of metrics. We scrutiny relationship between (i) its finiteness or divergence, (ii) the forward-in-time condition, (iii) the sign of a generalized momentum/energy, (iv) the validity of the principle of kinematic censorship. The latter notion means impossibility to release in any event an energy which is literally infinite. As a consequence, we obtain a new explanation, why collisions of two particles inside the horizon do not lead to infinite energy in their center of mass frame. The same results are also obtained for the Reissner-Nordstr\"om metric | 回転するブラックホールの地平線に粒子が接近する際の、ルメートル時間類似体の挙動を考察する。 カー計量の場合、前述の時間はドラン時間またはナタリオ時間と一致するが、ここではより一般的な計量クラスを考察する。 (i) 有限性または発散性、(ii) 時間前進条件、(iii) 一般化された運動量／エネルギーの符号、(iv) 運動学的検閲原理の妥当性、の関係を精査する。 後者の概念は、文字通り無限であるエネルギーをいかなる場合でも放出することが不可能であることを意味する。 その結果、地平線内での2つの粒子の衝突が、質量中心系において無限のエネルギーをもたらさない理由について新たな説明が得られる。 ライスナー・ノルドストローム計量についても同様の結果が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| As space exploration extends into cislunar space and further towards Mars, understanding the relativistic effects on clocks on Mars, particularly in relation to multibody gravitational influences, becomes increasingly important for accurate clock synchronization. This study estimates clock rates on Mars and compares them to those on the Moon and Earth. We find that, on average, clocks on Mars tick faster than those on the Earth's geoid by 477 microseconds per day, with a variation of 226 microseconds per day over a Martian year. Additionally, there is an amplitude modulation of approximately 40 microseconds per day over seven synodic cycles. We also introduce a formalism for addressing the effects of solar tides on the Earth-Moon system for predicting clock rates on the Moon and Mars more accurately when compared to using only Keplerian orbit approximations. Our analysis quantifies the relativistic proper time offsets among Martian, lunar, and terrestrial clocks, highlighting important implications for mission planning and the implementation of timekeeping systems on Mars. | 宇宙探査が地球近傍空間、さらには火星へと拡大するにつれ、火星の時計に対する相対論的効果、特に多体重力の影響との関連を理解することは、正確な時計同期のためにますます重要になっています。 本研究では、火星の時計の速度を推定し、月と地球の時計の速度と比較しました。 平均して、火星の時計は地球のジオイド上の時計よりも1日あたり477マイクロ秒速く進み、火星の1年では1日あたり226マイクロ秒の変動があることが分かりました。 さらに、7つの朔望周期にわたって1日あたり約40マイクロ秒の振幅変調が見られます。 また、ケプラー軌道近似のみを使用する場合と比較して、月と火星の時計の速度をより正確に予測するために、太陽潮汐が地球-月系に与える影響を扱うための形式論も導入しました。 私たちの分析は、火星、月、地球の時計間の相対論的固有時差を定量化し、火星でのミッション計画と計時システムの実装に重要な意味合いを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Strong gravitational lensing can produce copies of gravitational-wave signals from the same source with the same waveform morphologies but different amplitudes and arrival times. Some of these strongly-lensed gravitational-wave signals can be demagnified and become subthreshold. We present TESLA-X, an enhanced approach to the original GstLAL-based TargetEd Subthreshold Lensing seArch (TESLA) method, for improving the detection efficiency of these potential subthreshold lensed signals. TESLA-X utilizes lensed injections to generate a targeted population model and a targeted template bank. We compare the performance of a full template bank search, TESLA, and TESLA-X methods via a simulation campaign, and demonstrate the performance of TESLA-X in recovering lensed injections, particularly targeting a mock event. Our results show that the TESLA-X method achieves a maximum of $\sim 10\%$ higher search sensitivity compared to the TESLA method within the subthreshold regime, presenting a step towards detecting the first lensed gravitational wave. TESLA-X will be employed for the LIGO-Virgo-KAGRA's collaboration-wide analysis to search for lensing signatures in the fourth observing run. | 強い重力レンズ効果は、同じ発生源から同じ波形形態を持ちながら振幅と到達時刻が異なる重力波信号のコピーを生成する可能性があります。 これらの強いレンズ効果を受けた重力波信号の一部は、縮小されて閾値下になる可能性があります。 本研究では、これらの潜在的な閾値下レンズ信号の検出効率を向上させるために、オリジナルのGstLALベースのTargetEd Subthreshold Lensing seArch (TESLA)法を改良したTESLA-X法を紹介します。 TESLA-Xは、レンズ注入を利用して、標的集団モデルと標的テンプレートバンクを生成します。 本研究では、シミュレーションキャンペーンを通じて、完全なテンプレートバンク検索、TESLA、およびTESLA-X法の性能を比較し、特に模擬イベントを標的としたレンズ注入の回復におけるTESLA-Xの性能を示します。 我々の研究結果は、TESLA-X法がサブスレッショルド領域においてTESLA法と比較して最大で約10%高い探索感度を達成することを示し、最初の重力レンズ波の検出に向けた一歩を踏み出したことを示しています。 TESLA-Xは、LIGO-Virgo-KAGRAの共同研究における第4回観測ランでの重力レンズ効果の兆候探索に活用されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive a class of regular black holes from the proper-time renormalization group approach to asymptotically safe gravity. A central challenge is the robustness of physical predictions to the regularization scheme. We address this by computing key observables for our quantum-corrected black holes, which are non-singular and asymptotically Schwarzschild. We calculate the quasinormal mode spectrum, finding significant deviations from the classical case. The Hawking radiation spectrum is strongly suppressed, implying a slower evaporation rate and relaxed constraints on primordial black holes as dark matter. Shadows and ISCO radii remain consistent with observations. Our results demonstrate that the singularity resolution and its primary observational implications are robust physical outcomes. | 漸近的に安全な重力への固有時間繰り込み群アプローチから、正則ブラックホールのクラスを導出した。 中心的な課題は、正則化スキームに対する物理的予測の堅牢性である。 我々は、非特異かつ漸近的にシュワルツシルトである量子補正ブラックホールの主要な観測量を計算することで、この問題に取り組んだ。 準正規モードスペクトルを計算し、古典的なケースからの大きな逸脱を発見した。 ホーキング放射スペクトルは大きく抑制されており、これは蒸発速度が遅いこと、そして原始ブラックホールが暗黒物質であるという制約が緩和されていることを示唆している。 影とISCO半径は観測結果と整合している。 我々の結果は、特異点解決とその主要な観測的意味合いが、物理的に堅牢な結果であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The anisotropic influence on the $f$-mode frequency of oscillations and dimensionless tidal deformability of strange quark matter are analyzed by employing the nonradial oscillation equations for the complete general relativity frame and tidal deformability equations, which are derived and modified from their standard form to introduce the anisotropic factor. The fluid in the compact star follows the MIT bag model with vector coupling. For the anisotropic function, we use a local anisotropy, which is regular along the whole star and is null both at the center and on the star's surface. We show that the $f$-frequency of oscillation and dimensionless tidal deformability change considerably with the anisotropy. Finally, we investigate the correlation between the dimensionless tidal deformability of the GW$170817$ event with the anisotropy. | ストレンジクォーク物質の$f$モード振動周波数と無次元潮汐変形能に対する異方性の影響を、完全な一般相対論フレームの非動径振動方程式と潮汐変形能方程式を用いて解析する。 これらの方程式は標準形から導出・修正され、異方性因子を導入する。 コンパクト星内の流体は、ベクトル結合を伴うMITバッグモデルに従う。 異方性関数については、星全体にわたって規則的であり、中心と表面の両方でゼロとなる局所異方性を用いる。 $f$モード振動周波数と無次元潮汐変形能は異方性によって大きく変化することを示す。 最後に、GW$170817$事象の無次元潮汐変形能と異方性との間の相関を調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave astronomy has developed enormously over the last decade with the first detections and continuous development across broad frequency bands. However, the decihertz range has largely been left out of this development. Gravitational waves in this band are emitted by some of the most enigmatic sources, including intermediate-mass binary black hole mergers, early inspiraling compact binaries$\unicode{x2014}$whose late evolution and merger are seen by Earth-based detectors$\unicode{x2014}$, and possibly primordial gravitational waves. To tap this exciting band, we propose the construction of a detector based on pulsar timing principles, the Artificial Precision Timing Array (APTA). We envision APTA as a solar system array of artificial ``pulsars''$\unicode{x2014}$precision-time-reference-carrying satellites that emit periodic electromagnetic signals towards Earth or other satellite constellation centrum. In this fundamental study, we estimate the clock precision needed for APTA to be able to detect gravitational waves. Our results suggest that 6 satellites and a clock relative uncertainty of $10^{-18}$ at 1 s of averaging, which is currently attainable with atomic clocks, would be sufficient for APTA to reach pristine sensitivity in the decihertz band and be sensitive to $10^3\unicode{x2013}10^4$ $\mathrm{M}_\odot$ black hole mergers and the early inspiral of heavy LIGO-Virgo-KAGRA sources. Future time reference, oscillator, and clock technologies realistically expected in the next decade(s) would enable the detection of an increasingly diverse set of sources and allow APTA to reach a better sensitivity than other detector concepts proposed for the decihertz band. This work opens up a new area of research into designing and constructing gravitational-wave detectors relying on principles used successfully in pulsar timing. | 重力波天文学は、過去10年間で、最初の検出と幅広い周波数帯域にわたる継続的な開発により、飛躍的に発展しました。 しかし、デシヘルツ帯域はこの開発からほとんど取り残されてきました。 この帯域の重力波は、中質量連星ブラックホールの合体、初期にスパイラルを形成するコンパクト連星$\unicode{x2014}$（その晩期進化と合体は地球上の検出器によって観測されています$\unicode{x2014}$）、そしておそらく原始重力波など、最も謎めいた源から放射されています。 この刺激的な帯域を利用するために、我々はパルサータイミング原理に基づく検出器、人工精密タイミングアレイ（APTA）の構築を提案します。 APTAは、地球や他の衛星群の中心に向けて周期的な電磁信号を放射する、高精度時刻基準衛星を備えた人工衛星群（パルサー）の太陽系規模のアレイとして構想されている。 この基礎研究では、APTAが重力波を検出するために必要な時計精度を推定する。 その結果、6基の衛星と、現在原子時計で達成可能な1秒平均における時計の相対不確かさ$10^{-18}$であれば、APTAはデシヘルツ帯で純粋な感度を達成し、$10^3\unicode{x2013}10^4$ $\mathrm{M}_\odot$ブラックホール合体や、LIGO-Virgo-KAGRAの重粒子源の初期インスパイラルに感度を持つのに十分であることが示唆された。 今後数十年の間に現実的に期待される将来の時間基準、発振器、および時計技術は、ますます多様な源の検出を可能にし、APTAはデシヘルツ帯で提案されている他の検出器概念よりも優れた感度を達成できるようになるでしょう。 本研究は、パルサーのタイミングに成功した原理に基づく重力波検出器の設計と構築という新たな研究分野を開拓するものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The present status of the shear-free perfect fluid conjecture in general relativity is discussed: I give a review of recent work and present a new formalism which may provide a better understanding of the problems encountered. | 一般相対論における剪断フリー完全流体予想の現状について議論する。 最近の研究をレビューし、直面する問題をより良く理解できる可能性のある新しい形式論を提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes are believed to possess vanishing Love numbers, which implies that they do not deform in the presence of external tides. This fact has been verified in a number of scenarios, that involve tides of bosonic fields of various natures (e.g. scalar, electromagnetic and gravitational), and has triggered active research in trying to identify the underlying reason. Surprisingly, two counterexamples have been found recently. The first, concerns charged-field tides on electrically-charged black holes. In that case, however, the response cannot be disentangled from dissipative effects, and might thus be argued to not consist of a truly conservative deformation. The second concerns fermionic tides on neutral holes. While these yield a purely conservative response, they lack a classical interpretation, which is the physical regime where black hole deformability is understood. Here, we consider magnetic Reissner-Nordstrom black holes and show that electrically-charged, scalar-field tides induce non-vanishing tidal Love numbers. We prove that this is a purely non-dissipative effect, in contrast to the cases of rotating or electrically-charged black holes, and hence consists of a genuine deformation. In addition, the magnetic charge resolves common ambiguities in defining Love numbers, so our result does not rely on any regularisation scheme. This constitutes a clear realisation of how new physics can influence black hole tidal deformability, and offers new perspectives on the study of black hole Love numbers. | ブラックホールはラブ数がゼロであると考えられており、これは外部潮汐の存在下ではブラックホールが変形しないことを意味します。 この事実は、様々な性質（例えば、スカラー、電磁気、重力）のボソン場の潮汐を伴う多くのシナリオで検証されており、その根本的な理由を特定しようとする活発な研究を引き起こしました。 驚くべきことに、最近、2つの反例が発見されました。 1つ目は、電荷を帯びたブラックホール上の荷電場潮汐に関するものです。 しかし、この場合、応答は散逸効果から切り離すことができず、したがって、真に保存的な変形を構成していないと主張される可能性があります。 2つ目は、中性ホール上のフェルミオン潮汐に関するものです。 これらは純粋に保存的な応答をもたらしますが、ブラックホールの変形可能性が理解される物理的領域である古典的な解釈を欠いています。 本稿では、磁気ライスナー・ノルドストローム・ブラックホールを考察し、電荷を持つスカラー場潮汐が、ゼロにならない潮汐ラブ数を誘起することを示す。 回転ブラックホールや電荷を持つブラックホールの場合とは対照的に、これは純粋に非散逸的な効果であり、したがって真の変形を構成することを証明する。 さらに、磁気荷電はラブ数の定義における一般的な曖昧さを解決するため、我々の結果はいかなる正則化スキームにも依存しない。 これは、新しい物理学がブラックホールの潮汐変形可能性にどのように影響を与えるかを明確に示し、ブラックホールのラブ数の研究に新たな視点を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Separating a stochastic gravitational wave background (SGWB) from noise is a challenging statistical task. One approach to establishing a detection criterion for the SGWB is using Bayesian evidence. If the evidence ratio (Bayes factor) between models with and without the signal exceeds a certain threshold, the signal is considered detected. We present a formalism to compute the averaged Bayes factor, incorporating instrumental-noise and SGWB uncertainties. As an example, we consider the case of power-law-shaped SGWB in LISA and generate the corresponding Bayesian sensitivity curve. Unlike existing methods in the literature, which typically neglect uncertainties in both the signal and noise, our approach provides a reliable and realistic alternative. This flexible framework opens avenues for more robust stochastic gravitational wave background detection across gravitational-wave experiments. | 確率的重力波背景（SGWB）をノイズから分離することは、困難な統計的タスクです。 SGWBの検出基準を確立する一つの方法は、ベイズ証拠を用いることです。 信号ありモデルと信号なしモデル間の証拠比（ベイズ係数）が一定の閾値を超えると、信号が検出されたとみなされます。 本稿では、機器ノイズとSGWBの不確実性を考慮した平均ベイズ係数を計算するための形式を提示します。 例として、LISAにおけるべき乗則形状のSGWBのケースを考察し、対応するベイズ感度曲線を生成します。 文献にある既存の手法では、信号とノイズの両方の不確実性を無視することが一般的ですが、本手法は信頼性が高く現実的な代替手段を提供します。 この柔軟な枠組みは、重力波実験全体にわたって、より堅牢な確率的重力波背景検出への道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The maximal gauged supergravities in five spacetime dimensions with gauge groups contained in $\mathbb{R}^+ \times \textrm{E}_{6(6)}$ are described. The $\textrm{E}_{6(6)}$ factor is the duality group of ungauged maximal supergravity and $\mathbb{R}^+$ is the scaling symmetry of the five-dimensional metric, usually called the \textit{trombone} symmetry. The equations of motion and supersymmetry variations for these supergravities are given to lowest order in fermions, and the mass matrices are provided. Then, the theories with gauge groups contained in a maximal subgroup of $\mathbb{R}^+ \times \textrm{E}_{6(6)}$ are classified, and a new family of such supergravities uncovered. For a concrete theory in this class, some supersymmetric anti-de Sitter vacua are found and their mass spectra computed within the gauged supergravity. These vacua are argued to be related to superconformal phases of the M5-brane field theory. | ゲージ群が $\mathbb{R}^+ \times \textrm{E}_{6(6)}$ に含まれる 5 次元時空における最大ゲージ超重力について記述する。 $\textrm{E}_{6(6)}$ 因子はゲージなし最大超重力の双対群であり、$\mathbb{R}^+$ は 5 次元計量のスケーリング対称性であり、通常 \textit{trombone} 対称性と呼ばれる。 これらの超重力に対する運動方程式と超対称性変分はフェルミオンの最低次まで与えられ、質量行列も与えられる。 次に、ゲージ群が $\mathbb{R}^+ \times \textrm{E}_{6(6)}$ の最大部分群に含まれる理論を分類し、そのような超重力の新しい族を発見する。 このクラスの具体的な理論として、いくつかの超対称反ド・ジッター真空が発見され、ゲージ超重力理論の範囲内でそれらの質量スペクトルが計算された。 これらの真空は、M5ブレーン場の理論の超共形相と関連があると主張されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the observational features of exact vacuum solutions in Brans-Dicke (BD) gravity, focusing on their implications for black hole shadow imaging. Motivated by the Event Horizon Telescope (EHT) observations, we revisit a class of BD solutions that exhibit a naked singularity. These solutions, despite lacking a conventional event horizon, exhibit photon spheres and produce shadow-like features. We analyze null geodesics and perform ray-tracing simulations under a simplified, optically thin accretion disk model to generate synthetic images. Our results show that BD naked singularities can cast shadows smaller than those of Schwarzschild black holes of equivalent mass. We identify the parameter space $-3/2 < \omega < 0$ as physically viable, ensuring attractive gravity and the absence of ghost fields. These findings suggest that BD naked singularities are possible candidates for compact astrophysical objects. | ブランス・ディッケ（BD）重力における正確な真空解の観測的特徴を、ブラックホールの影の画像化への示唆に焦点を当てて調査する。 イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）の観測結果に基づき、裸の特異点を示すBD解のクラスを再検討する。 これらの解は、従来の事象の地平線を欠いているにもかかわらず、光子球を示し、影のような特徴を生成する。 ヌル測地線を解析し、単純化された光学的に薄い降着円盤モデルに基づく光線追跡シミュレーションを実施して合成画像を生成した。 その結果、BD裸の特異点は、等質量のシュワルツシルトブラックホールよりも小さな影を落とす可能性があることが示された。 パラメータ空間$-3/2 < \omega < 0$は物理的に実現可能であり、引力重力とゴースト場の不在を保証する。 これらの発見は、BD裸の特異点がコンパクト天体の候補となる可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a stationary black ring spacetime with rotation only along the $S^2$ direction that is free of conical singularities. We use a solution-generating technique to add external gravitational fields and show these can be used to remove conical singularities from an asymptotically flat black ring with a rotating $S^2$. | 我々は、円錐特異点を持たない、$S^2$方向のみに回転する定常ブラックリング時空を構築する。 解生成法を用いて外部重力場を追加し、回転する$S^2$を持つ漸近平坦ブラックリングから円錐特異点を除去できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The spectrum of radial oscillations of neutron stars is systematically studied within two frameworks of viscous relativistic hydrodynamics: the relativistic Navier-Stokes and Israel-Stewart theories. A correspondence is established between the discrete stellar eigenmodes and the continuous dispersion relation of perturbations around a homogeneous fluid, providing a basis for interpreting our numerical results. We analyze the Newtonian limit and assess the impact of relativistic corrections, such as the gravitational redshifting of microscopic relaxation timescales. We show that bulk viscosity can significantly affect the behavior of both hydrodynamic and nonhydrodynamic fundamental modes, and that, depending on the magnitude of the viscous effects, it is the nonhydrodynamic mode that becomes unstable beyond the turning point in a sequence of equilibrium configurations. These results provide a useful step toward systematic studies of neutron star quasinormal modes in the presence of viscosity. | 中性子星の動径振動スペクトルは、相対論的粘性流体力学の2つの枠組み、すなわち相対論的ナビエ・ストークス理論とイスラエル・スチュワート理論に基づいて体系的に研究されている。 離散的な恒星固有モードと均質流体周りの摂動の連続分散関係との間に対応関係が確立されており、数値解析結果を解釈するための基礎を提供している。 ニュートン極限を解析し、微視的緩和時間スケールの重力赤方偏移などの相対論的補正の影響を評価する。 体積粘性は流体力学的および非流体力学的基本モードの両方の挙動に大きな影響を与える可能性があること、そして粘性効果の大きさに依存して、一連の平衡構成における転換点を超えると非流体力学的モードが不安定になることを示す。 これらの結果は、粘性が存在する中性子星の準基準モードの体系的な研究に向けた有用な一歩となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| I investigate spacetime singularities from the point of view of the wavefunction of the universe. In order to extend the classical notion of geodesic incompleteness one has to include the proper time of an observer as a degree of freedom in the Wheeler DeWitt equation. This leads to a Schr\"odinger equation along the observer worldline. Near the singularity, as in the classical BLK treatment, I ignore spatial gradients and effectively describe the spacetime around the worldline in the mini-superspace approximation. The problem proves identical to a spherically symmetric scattering of a quantum particle off a central potential and singularity avoidance is tantamount to the unitary evolution of this system. Standard types of matter (dust, radiation) correspond to regular potentials and thus lead to a bounce. The most singular component, spatial anisotropy, is associated to a conserved charge and yields a negative inverse-square potential-like standard angular momentum, but with opposite sign. This potential is critical, in that the unitarity of the evolution depends on the actual numerical factor in front of it, i.e., on the anisotropy charge. | 私は時空特異点を宇宙の波動関数の観点から研究しています。 測地線不完全性の古典的な概念を拡張するためには、観測者の固有時をホイーラー・デウィット方程式の自由度として組み込む必要があります。 これにより、観測者の世界線に沿ったシュレーディンガー方程式が導かれる。 特異点近傍では、古典的なBLK法と同様に、空間勾配を無視し、世界線の周りの時空をミニ超空間近似で効果的に記述する。 この問題は、中心ポテンシャルからの量子粒子の球対称散乱と同一であることが証明され、特異点の回避はこの系のユニタリー発展と同義である。 標準的な物質（塵、放射線）は通常のポテンシャルに対応し、したがって跳ね返りを引き起こす。 最も特異な成分である空間異方性は保存電荷と関連しており、負の逆二乗ポテンシャルのような標準角運動量を生成するが、符号は反対である。 このポテンシャルは、発展のユニタリー性がその前にある実際の数値因子、すなわち異方性電荷に依存するという点で重要である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform the dynamical system analysis for the homogeneous and anisotropic Bianchi I cosmology in the context of Hu-Sawicki $f(R)$ gravity with parameters $\{n,C_{1}\}=\{1,1\}$. Deriving the corresponding four-dimensional dynamical system from the field equations allows us to find the fixed points of the system in both the vacuum and matter cases alongside their stability. This approach also provides analytical expressions for both the cosmic expansion and shear of each fixed point. We show that, for the chosen parameters, Hu-Sawicki gravity allows for isotropization both in the past and in the future for both vacuum and matter. For the matter case, the analysis was subdivided into the dust, radiation and cosmological constant cases, and we show that all three cases exhibit past and future isotropization. The obtained results also revealed interesting aspects of the phase space such as the existence and phenomenology of lines and two-dimensional sheets of fixed points. | 我々は、パラメータ$\{n,C_{1}\}=\{1,1\}$を持つHu-Sawicki $f(R)$重力の文脈において、一様かつ異方的なBianchi I宇宙論の力学系解析を行う。 対応する4次元力学系を場の方程式から導出することにより、真空と物質の両方の場合における系の不動点とその安定性を見つけることができる。 このアプローチは、宇宙膨張と各不動点のシアの両方に対する解析的表現も提供する。 選択されたパラメータに対して、Hu-Sawicki重力は真空と物質の両方において過去と未来の両方で等方化を許容することを示す。 物質の場合については、解析をダスト、放射線、宇宙定数の場合に細分化し、3つの場合すべてが過去と未来の等方化を示すことを示す。 得られた結果はまた、直線や2次元の固定点シートの存在や現象など、位相空間の興味深い側面を明らかにしました。 |