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| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the low-energy dynamics of systems with exact and approximate higher-form symmetries using gauge/gravity duality. These symmetries are realised holographically via Maxwell-type theories for massless and massive $p$-forms in AlAdS spacetimes. Double-trace deformations of the boundary theory are considered. While massless theories describe systems with conserved higher-form current, the massive case provides a controlled linearised framework for explicit symmetry breaking induced by defects and charged operators. We perform holographic renormalisation and establish a unified holographic dictionary across a broad theory space, parametrised by spacetime dimension, form rank, quantisation scheme and deformation scale. We compute thermal correlation functions in isotropic black brane backgrounds to characterise the hydrodynamic and quasihydrodynamic regimes of the dual boundary theories. Our analysis reveals a rich structure of relaxation dynamics, emergent photons and duality relations -- including the conventional electric-magnetic Hodge duality and its massive counterpart. These results extend bottom-up holography to include weakly broken higher-form symmetries and open avenues for exploring generalised self-duality constraints and new classes of deformed holographic duals. | 我々は、ゲージ／重力双対性を用いて、厳密および近似的な高次形式対称性を持つ系の低エネルギーダイナミクスを研究する。 これらの対称性は、AlAdS時空における質量ゼロおよび質量付き$p$形式に対するマクスウェル型理論によってホログラフィックに実現される。 境界理論の二重トレース変形を考察する。 質量ゼロ理論は保存された高次形式カレントを持つ系を記述するが、質量付きの場合は、欠陥および荷電演算子によって誘起される明示的な対称性の破れに対する制御された線形化された枠組みを提供する。 我々はホログラフィック繰り込みを行い、時空次元、形式ランク、量子化スキーム、および変形スケールによってパラメータ化された、広範な理論空間にわたる統一的なホログラフィック辞書を構築する。 等方性ブラックブレーン背景における熱相関関数を計算し、双対境界理論の流体力学的および準流体力学的領域を特徴付ける。 我々の解析は、緩和ダイナミクス、創発光子、そして従来の電磁ホッジ双対性とその質量を持つ対応関係を含む双対関係の豊かな構造を明らかにした。 これらの結果は、ボトムアップ・ホログラフィーを弱く破れた高次形式対称性を含むように拡張し、一般化された自己双対性制約と新しい種類の変形ホログラフィック双対性を探求する道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| No experimental test to date has provided conclusive evidence on the quantum nature of gravity. Recent proposals, such as the BMV experiment, suggest that generating entanglement could serve as a direct test. Motivated by these proposals, we study a system of three-harmonic oscillator system, with the mediator oscillator operating in two distinct parameter regimes: a heavy mediator regime and a light mediator regime. These regimes induce qualitatively different entanglement dynamics between the terminal oscillators. Crucially, distinguishing these regimes experimentally remains challenging when relying solely on entanglement measures. We demonstrate that the dynamical fidelity susceptibility offers a viable and sensitive probe to contrast the regimes in practice. Our results provide testable signatures for optomechanical and trapped-ion platforms simulating gravitational interactions, and provide new avenues to characterize quantum-gravity-inspired systems beyond entanglement-based protocols. | これまで、重力の量子的性質に関する決定的な証拠を示す実験的検証は行われていない。 BMV実験などの最近の提案は、エンタングルメントの生成が直接的な検証となり得ることを示唆している。 これらの提案に着目し、我々は3調和振動子系を研究する。 この系では、メディエーター振動子は2つの異なるパラメータ領域、すなわち重いメディエーター領域と軽いメディエーター領域で動作する。 これらの領域は、末端振動子間に質的に異なるエンタングルメントダイナミクスを誘起する。 重要なのは、エンタングルメントの尺度のみに頼る場合、これらの領域を実験的に区別することは依然として困難であるということである。 我々は、動的忠実度磁化率が、実際にこれらの領域を対比するための実行可能かつ高感度なプローブとなることを示す。 我々の研究結果は、重力相互作用をシミュレートするオプトメカニカルプラットフォームおよびトラップイオンプラットフォームに検証可能なシグネチャを提供し、エンタングルメントに基づくプロトコルを超えて量子重力に着想を得た系を特性評価するための新たな方法を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Numerical relativity simulations provide a means by which to study the evolution and end point of strong over-densities in cosmological spacetimes. Specific applications include studies of primordial black hole formation and the robustness of inflation. Here we adopt a toy model previously used in asymptotically flat spacetimes to show that, for given values of the over-density and the mean curvature, solutions to the Hamiltonian constraint need not exist, and if they do exist they are not unique. Specifically, pairs of solutions exist on two branches, corresponding to strong-field and weak-field solutions, that join at a maximum beyond which solutions cease to exist. As a result, there is a limit to the extent to which an over-density can be balanced by intrinsic rather than extrinsic curvature on the initial slice. Even below this limit, iterative methods to construct initial data may converge to solutions on either one of the two branches, depending on the starting guess, leading to potentially inconsistent physical results in the evolution. | 数値相対論シミュレーションは、宇宙時空における強い過剰密度の発展と終点を研究する手段を提供する。 具体的な応用としては、原始ブラックホール形成やインフレーションの頑健性の研究などが挙げられる。 ここでは、漸近平坦時空で以前に用いられたトイモデルを採用し、過剰密度と平均曲率が与えられた場合、ハミルトン制約の解は必ずしも存在する必要はなく、存在するとしても一意ではないことを示す。 具体的には、強場解と弱場解に対応する2つの枝上に解のペアが存在し、それらは最大値で合流し、それを超えると解は存在しなくなる。 その結果、初期スライスにおける外在曲率ではなく内在曲率によって過剰密度が釣り合う範囲には限界がある。 この限界以下であっても、初期データを構築するための反復法は、最初の推定値に応じて、2つの分岐のいずれかの解に収束する可能性があり、進化において矛盾した物理的結果をもたらす可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper answers examines the relationship between Diffeomorphism Invariance and Background Independence. First, a review of the relationship between Background Independence, General Relativity (GR) and pre-GR theories are given. Then, a wide range of other conceptions of background independence is discussed. It is shown that the definition of Background Independence is fluid and can mean different things to different philosophers and/or physicists. Most pertinently, the paper addresses the question of what kind of background independence is implied by a mathematical criterion of diffeomorphism invariance or in what sense is diffeomorphism invariance background independence. Lastly, the concept of haecceity in relation to diffeomorphism invariance is discussed. | 本論文は、微分同相不変性と背景独立性の関係を検証する。 まず、背景独立性、一般相対論（GR）、および一般相対論以前の理論との関係を概観する。 次に、背景独立性に関する様々な概念について議論する。 背景独立性の定義は流動的であり、哲学者や物理学者によって異なる意味を持つ可能性があることを示す。 最も重要な点として、本論文は、微分同相不変性の数学的基準がどのような背景独立性を意味するのか、あるいは微分同相不変性はどのような意味で背景独立性なのかという問いに答える。 最後に、微分同相不変性と関連したヘッケ性の概念について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Planets orbiting in the habitable zones of white dwarfs have recently been proposed as promising targets for biosignature searches. However, since the white dwarf habitable zone resides at 0.01 - 0.1 AU, planets residing there are subject to tidal heating if they have any orbital eccentricity. Previous work (Barnes & Heller 2013) identified nearby planetary companions as potential roadblocks to habitability of planets around white dwarfs, as such companions could induce secular oscillations in eccentricity for the potentially habitable planet, which could in turn heat a surface ocean and induce a runaway greenhouse for even very low values ($e \sim 10^{-4}$) of the eccentricity of the potentially habitable planet. In this work, we examine the potential for general relativistic orbital precession to protect habitable planets orbiting white dwarfs from such a runaway greenhouse, and demonstrate that for some system architectures, general relativity can be protective for planetary habitability. | 白色矮星のハビタブルゾーンを周回する惑星は、最近、生命痕跡探索の有望なターゲットとして提案されている。 しかし、白色矮星のハビタブルゾーンは0.01～0.1 AUであるため、そこに位置する惑星は、軌道離心率を持つ場合、潮汐加熱の影響を受ける。 先行研究（Barnes & Heller 2013）では、近傍の伴惑星が白色矮星の惑星の居住可能性に対する潜在的な障害として特定されている。 伴惑星は、潜在的に居住可能な惑星の離心率に永年振動を引き起こし、それが表層の海を加熱し、たとえ離心率が非常に低い値（$e \sim 10^{-4}$）であっても、暴走温室効果を引き起こす可能性があるからである。 本研究では、一般相対論的な軌道歳差運動が、白色矮星を周回する居住可能な惑星をそのような暴走温室効果から守る可能性を検証し、いくつかのシステム構造においては、一般相対論が惑星の居住可能性を守る役割を果たしうることを実証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper is a comprehensive investigation of the Affine Gauge Theory (AGT) as a gauge theory of gravity having the same mathematical structure as gauge theories of the other fundamental forces of nature. This mathematical structure consists of a principal fiber bundle over the spacetime manifold that is endowed with an affine connection. The relationship between AGT and various formulations of teleparallel theories of gravity, which are alternatives to General Relativity, are examined. Here, it is argued that the Affine Bundle is the most natural principal fibre bundle for a gauge theory of gravity. AGT is also shown to be strictly diffeomorphism invariant. In particular, an explicit proof of diffeomorphism invariance in AGT is given - showing that AGT possesses the important symmetry of General Relativity, as would be expected from a theory of gravity. Lastly, the claim that AGT is background independent, as General Relativity is, from varying degrees of strictness in the definition of background independence is closely examined. Reasons for why a background independent theory is preferred are also discussed. | 本論文は、アフィンゲージ理論（AGT）を包括的に検討したものである。 AGTは、他の自然界の基本的な力のゲージ理論と同じ数学的構造を持つ重力のゲージ理論である。 この数学的構造は、時空多様体上の主ファイバー束から成り、アフィン接続を備える。 AGTと、一般相対論に代わるテレパラレル重力理論の様々な定式化との関係を考察する。 本論文では、アフィン束が重力ゲージ理論にとって最も自然な主ファイバー束であると主張する。 AGTは厳密に微分同相不変であることも示される。 特に、AGTにおける微分同相不変性の明示的な証明が与えられ、AGTが重力理論から期待されるように、一般相対論の重要な対称性を備えていることを示している。 最後に、一般相対論と同様に、AGT が背景独立であるという主張を、背景独立性の定義における様々な厳密さの観点から詳細に検証する。 背景独立性理論が好まれる理由についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish a hierarchy of Euclidean stars according to their degree of complexity, as measured by the complexity factor and the complexity of the pattern of evolution. We consider both, nondissipative and dissipative systems. Solutions are ranged from the simplest one, in order of increasing complexity. Some specific models are found and analyzed in detail. | 我々は、複雑度（複雑性係数と進化パターンの複雑さで測定）に応じて、ユークリッド星の階層構造を確立する。 非散逸系と散逸系の両方を考察する。 解は、最も単純なものから複雑さが増す順に並べられる。 いくつかの具体的なモデルが発見され、詳細に分析される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate regular rotating black holes predicted by asymptotically safe gravity, where the Newton constant varies with energy scale and modifies the near horizon geometry. These solutions remain asymptotically flat and avoid central singularities while differing from the classical Kerr spacetime in the strong field region. We compute the radiative efficiency of thin accretion disks and the jet power from the Blandford Znajek mechanism, both of which depend on the deformation parameter of the model. The predictions are compared with observational estimates for six stellar mass black holes. For systems with low or moderate spin the model reproduces the data within reported uncertainties, while rapidly spinning sources such as GRS 1915 105 present tensions and point to a restricted deformation range or the need for additional physics. The results show that quantum corrections confined to the strong gravity regime can still leave detectable imprints on high energy astrophysical processes. Radiative and jet based diagnostics therefore provide a promising method to test the geometry near the horizon and to explore possible signatures of quantum gravity in observations. | 漸近的に安全な重力によって予測される、規則的に回転するブラックホールを調査する。 このブラックホールでは、ニュートン定数がエネルギースケールに応じて変化し、近傍地平線の幾何学的形状を修正する。 これらの解は漸近的に平坦であり、中心特異点を回避するが、強い場の領域では古典的なカー時空とは異なる。 薄い降着円盤の放射効率と、ブランドフォード・ズナイエク機構からのジェット出力を計算する。 これらはどちらもモデルの変形パラメータに依存する。 予測値は、6つの恒星質量ブラックホールの観測推定値と比較される。 低または中程度のスピンを持つ系では、モデルは報告された不確実性の範囲内でデータを再現するが、GRS 1915 105のような高速回転する源は張力を示し、変形範囲の制限、または追加の物理学の必要性を示唆する。 結果は、強い重力領域に限定された量子補正が、高エネルギー天体物理学的過程に依然として検出可能な痕跡を残す可能性があることを示している。 したがって、放射とジェットに基づく診断は、地平線近くの幾何学を検証し、観測における量子重力の可能性のある兆候を探索するための有望な方法を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Asymptotically safe quantum gravity is a candidate theory to quantum gravity, which could unify the gravitational interaction with particle physics. It is characterized by quantum scale-symmetry at high energies. The constraining power of scale symmetry could be strong enough to even explain some parameters of the Standard Model of particle physics from first principles. | 漸近的に安全な量子重力理論は、量子重力理論の候補理論の一つであり、 重力相互作用と素粒子物理学を統一する可能性がある。 高エネルギー領域における量子スケール対称性を特徴とする。 スケール対称性の制約力は、素粒子物理学の標準模型のいくつかのパラメータを 第一原理から説明できるほど強力である可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work follows earlier investigations in which the existence of canonical Killing tensor forms and the application of general null tetrad transformations led to a variety of solutions, Petrov types D, III, N, in vacuum with a cosmological constant. Among those, a distinct Petrov type D family was extracted and characterized by a topological product of two-dimensional constant-curvature spaces admitting the canonical form. This is a general family of spacetimes with constant curvature and it is derived and presented here in full detail. In addition, an algebraically general solution exhibiting the exact same non-zero spin coefficients is introduced. Beyond this, we introduce an algebraically general solution, obtained by imposing the same canonical Killing tensor form and applying a Lorentz transformation within the anti-symmetric null tetrad transformation. The resulting geometry describes a non-stationary, cylindrically symmetric spacetime in vacuum with cosmological constant. On this basis, we propose a new directive: by assuming the canonical forms of Killing tensors and implementing Lorentz transformations within the anti-symmetric null tetrad concept, a broader class of algebraically general solutions of Einstein's equations can be derived. | 本研究は、標準的なキリングテンソル形式の存在と一般的なヌルテトラド変換の適用から、真空中で宇宙定数を持つ様々な解、ペトロフ型D、III、Nが導かれた以前の研究に続くものである。 その中で、明確なペトロフ型D族が抽出され、標準的な形式を許容する2次元定曲率空間の位相積によって特徴付けられた。 これは定曲率時空の一般的な族であり、ここで導出され、詳細に示される。 さらに、全く同じ非ゼロスピン係数を示す代数的に一般化された解が導入される。 さらに、同じ標準的なキリングテンソル形式を適用し、反対称ヌルテトラド変換内でローレンツ変換を適用することによって得られる代数的に一般化された解を導入する。 結果として得られる幾何学は、宇宙定数を持つ真空中の非定常で円筒対称な時空を記述する。 これを基に、我々は新たな指針を提案する。 キリングテンソルの標準形を仮定し、反対称ヌル四面体概念の範囲内でローレンツ変換を実装することにより、アインシュタイン方程式のより広範な代数的一般解を導くことができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we present a method for estimating the validity range of the quantum Markovian master equation as applied to the Unruh-DeWitt (UDW) detector within a broader context, particularly without necessitating an exact solution for the detector's evolution. We propose a relaxed van Hove limit (i.e., late-time limit) and offer a perturbative estimate of the error order resulting from the standard derivation procedure of open quantum dynamics. Our primary findings include reliability criteria for the Markov approximation and conditions for the applicability of the rotating wave approximation (RWA). Nevertheless, the specific forms of these validity conditions rely on the details of the detector-field system, such as the spacetime background, the trajectory of the detector, and the type of quantum field being analyzed. Finally, we illustrate our results by re-examining the open dynamics of an accelerating UDW detector undergoing the Unruh effect, where the validity conditions narrow the parameter space to ensure the solution's reliability regarding the quantum Markovian master equation. | 本論文では、Unruh-DeWitt (UDW) 検出器に適用される量子マルコフマスター方程式の妥当性範囲を、より広い文脈において、特に検出器の発展に対する厳密な解を必要とせずに推定する方法を提示する。 緩和されたファン・ホーベ限界（すなわち、遅延時間限界）を提案し、開放量子力学の標準的な導出手順から生じる誤差オーダーの摂動的な推定値を提示する。 主な知見には、マルコフ近似の信頼性基準と回転波近似 (RWA) の適用可能性条件が含まれる。 ただし、これらの妥当性条件の具体的な形式は、時空背景、検出器の軌道、解析対象となる量子場の種類など、検出器-場系の詳細に依存する。 最後に、ウンルー効果を受ける加速UDW検出器のオープンダイナミクスを再検討することで、我々の結果を示します。 この有効条件は、量子マルコフマスター方程式に関する解の信頼性を確保するために、パラメータ空間を狭めます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we investigate the frame-dragging effect on an accretion disk and test gyroscope orbiting around a rotating regular black hole with a Minkowski core. Firstly, we perturb a bound timelike circular orbit around the black hole, and analyze the periastron precession and Lense-Thirring (LT) precession frequencies of the orbit's epicyclic oscillations. Since these epicyclic oscillations can be used to explain the quasiperiodic oscillations (QPOs) phenomena of the accretion disc around this rotating regular black hole, we then employ the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) simulation to fit our theoretical results with five QPOs events (GRO J1655-40, GRS 1915+105, XTE J1859+226, H1743-322 and XTE J1550-564). The simulations give the relevant physical parameter space of the black hole, including the characteristic radius $r$, the mass related parameter $M$, the spinning parameter $a$ and the quantum gravity effect $\alpha$. The results give the constraint on the quantum effect parameter, with an upper limit $\alpha/M^{3/2} < 0.60$ at the $95\%$ C.L., which is tighter than $<0.7014$ in our pervious study within static case. Then, we theoretically explore the LT precession frequency, geodetic precession frequency, and the general spin precession frequency of a test gyro attached to a stationary observer in this black hole background. We find that the quantum gravity effect suppresses the precession frequencies comparing against those in Kerr black hole, further providing a theoretical diagnostic of the potential quantum gravity effect. | 本論文では、降着円盤におけるフレーム・ドラッグ効果を調査し、ミンコフスキー核を持つ回転する正規ブラックホールを周回するジャイロスコープをテストする。 まず、ブラックホールの周りの束縛された時間的円軌道に摂動を与え、軌道の周回円振動の近点歳差運動とレンズ・サーリング（LT）歳差運動の周波数を解析する。 これらの周回円振動は、回転する正規ブラックホールの周りの降着円盤の準周期振動（QPO）現象を説明するために使用できるため、次にマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）シミュレーションを用いて、5つのQPOイベント（GRO J1655-40、GRS 1915+105、XTE J1859+226、H1743-322、およびXTE J1550-564）に理論結果を当てはめる。 シミュレーションは、ブラックホールの関連する物理パラメータ空間、すなわち特性半径$r$、質量関連パラメータ$M$、回転パラメータ$a$、量子重力効果$\alpha$を与える。 結果は量子効果パラメータに対する制約を与え、95%信頼区間における上限$\alpha/M^{3/2} < 0.60$は、静的ケースにおける我々の以前の研究における$<0.7014$よりも厳しい。 次に、このブラックホール背景において、静止観測者に取り付けられた試験用ジャイロのLT歳差運動周波数、測地歳差運動周波数、および一般スピン歳差運動周波数を理論的に調査する。 その結果、量子重力効果はカーブラックホールにおける歳差運動周波数と比較して歳差運動周波数を抑制することがわかり、潜在的な量子重力効果の理論的診断をさらに提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the Cosmic Microwave Background (CMB) constraints on the spatial curvature of the Universe, assessing how they change when the curvature parameter and the primordial inflationary scalar spectrum are treated consistently within theoretically motivated frameworks. Instead of relying on the phenomenological parametrisation commonly used to capture curvature effects at the largest scales, we present a case study based on closed quadratic inflation, where the primordial spectrum is derived in full generality and in a gauge-invariant manner. Within this framework, we analyze both the $\texttt{plik}$ PR3 and $\texttt{CamSpec}$ PR4 Planck CMB likelihoods and find that the constraints on $\Omega_{\mathcal{K}}$ shift towards spatial flatness. In $\texttt{plik}$ the preference for $\Omega_{\mathcal{K}}<0$ decreases from $\gtrsim 3.5\sigma$ to $\sim 2.5\sigma$, while in $\texttt{CamSpec}$ it reduces to $\sim 2\sigma$. At large angular scales ($\ell < 10$), our model explains the low-$\ell$ power suppression anomaly, notably improving the fit to the quadrupole. However, the reduced preference for highly negative values of $\Omega_{\mathcal{K}}$ only partially accounts for the lensing anomaly at high multipoles, worsening the fit to the $\texttt{plik}$ spectrum at small scales. By contrast, in the $\texttt{CamSpec}$ PR4 spectrum, where the lensing anomaly is less pronounced, the model yields an overall improvement. Our analysis highlights a key conceptual point: closed-inflation models tie the curvature parameter to the inflationary dynamics and the primordial spectrum, enforcing consistency conditions that do not necessarily allow for the large deviations from flatness seen in phenomenological parametrisations. In the case of quadratic inflation, these restrictions reduce the apparent evidence for negative curvature reported by earlier analyses, while allowing for a mildly closed geometry. | 我々は宇宙マイクロ波背景放射（CMB）による宇宙の空間曲率への制限を再検討し、曲率パラメータと原始インフレーションスカラースペクトルを理論的に根拠づけられた枠組みの中で整合的に扱った場合に、それらの制限がどのように変化するかを評価する。 最大スケールにおける曲率効果を捉えるために一般的に用いられる現象論的パラメータ化に頼るのではなく、閉二次インフレーションに基づくケーススタディを提示する。 このケーススタディでは、原始スペクトルが完全な一般性を持ち、ゲージ不変な方法で導出される。 この枠組みの中で、$\texttt{plik}$ PR3と$\texttt{CamSpec}$ PR4の両方のPlanck CMB尤度を解析し、$\Omega_{\mathcal{K}}$に対する制限が空間平坦性の方向にシフトすることを見出す。 $\texttt{plik}$ では、$\Omega_{\mathcal{K}}0$ の優先性は、$\gtrsim 3.5\sigma$ から $\sim 2.5\sigma$ に減少しますが、$\texttt{CamSpec}$ では、$\sim 2\sigma$ に減少します。 大きな角度スケール ($\ell < 10$) では、モデルは低 $\ell$ パワー抑制異常を説明し、四重極への適合を著しく改善します。 しかし、$\Omega_{\mathcal{K}}$ の大きな負の値の優先性の低下は、高多極子におけるレンズ異常を部分的にしか説明せず、小さなスケールでの $\texttt{plik}$ スペクトルへの適合を悪化させます。 対照的に、レンズ異常がそれほど顕著でない $\texttt{CamSpec}$ PR4 スペクトルでは、モデルは全体的に改善をもたらします。 我々の分析は、重要な概念的点を浮き彫りにしている。 すなわち、閉インフレーションモデルは曲率パラメータをインフレーションダイナミクスと原始スペクトルに結び付け、必ずしも現象論的パラメータ化で見られる平坦性からの大きな逸脱を許容しない整合条件を強制する。 二次インフレーションの場合、これらの制約は、以前の分析で報告された負の曲率の見かけ上の証拠を減少させる一方で、緩やかに閉じた幾何学を許容する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It has been previously shown that multidimensional $f(R)$ gravity {can lead} to a two-brane structure. In this paper, we analyze such a model with a spatially flat 4D de Sitter (dS) cosmology {whose Hubble parameter $H$ determines the universal energy scale}. We show that the two-brane metric is nucleated at the highest energies. The distance between the branes grows gradually as the energy decreases, tending to a finite value at zero energy density. It is stated that the physical parameters such as the 4D Planck mass, the Higgs vacuum expectation value, and vacuum energy density vary with the evolving universal energy scale, even on the classical level. We also show that the Higgs vacuum expectation value is different on different branes. | 多次元$f(R)$重力は、2ブレーン構造を{導くことができる}ことが以前に示されている。 本論文では、そのようなモデルを、空間的に平坦な4次元デ・ジッター(dS)宇宙論（ハッブルパラメータ$H$が宇宙のエネルギースケールを決定する）を用いて解析する。 2ブレーン計量は、最高エネルギーで核となることを示す。 ブレーン間の距離は、エネルギーが減少するにつれて徐々に大きくなり、エネルギー密度がゼロのときに有限値に近づく。 4次元プランク質量、ヒッグス真空期待値、真空エネルギー密度などの物理パラメータは、古典レベルにおいてさえ、進化する宇宙のエネルギースケールに応じて変化すると述べられている。 また、ヒッグス真空期待値は、異なるブレーンで異なることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Todays astrometry has reached the micro-arcsecond level in angular measurements of celestial objects. The next generations of astrometric facilities are aiming at the sub-micro-arcsecond scale. Sub-micro-arcsecond astrometry requires a considerable improvement in the theory of light propagation in the curved space-time of the solar system. In particular, it is indispensable to determine light trajectories to the second order of the post-Newtonian scheme, where the monopole and quadrupole structure of some solar system bodies need to be taken into account. In reality, both the light source as well as the observer are located at finite spatial distances from the gravitating body. This fact implies for the need to solve the boundary value problem of light propagation, where the light trajectory is fully determined by the spatial positions of source and observer and its unit direction at past infinity. This problem has been solved in a recent investigation. A practical relativistic model of observational data reduction necessitates the determination of the unit tangent vector along the light trajectory at the spatial position of the observer, which is determined by a sequence of several basic transformations. The determination of this unit tangent vector allows one to calculate the impact of the monopole and quadrupole structure of solar system bodies on light deflection on the sub-micro-arcsecond level, both for stellar light sources as well as for light sources located in the solar system. Numerical values for the magnitude of light deflection caused by the monopole and quadrupole structure of the body are given for grazing light rays at the giant planets. The model GREM is presently used for data reduction of the ESA astrometry mission Gaia. It is shown how the implementation of these basic transformations into GREM would proceed for possible future space astrometry missions. | 今日の位置天体測定は、天体の角度測定においてマイクロ秒角レベルに達しています。 次世代の位置天体測定施設は、サブマイクロ秒角スケールを目指しています。 サブマイクロ秒角の位置天体測定には、太陽系の曲がった時空における光伝播理論の大幅な改良が必要です。 特に、ポストニュートン力学系の2次の光軌跡を決定することが不可欠であり、太陽系天体の単極子構造や四極子構造を考慮する必要があります。 実際には、光源と観測者はともに重力天体から有限の空間距離に位置しています。 この事実は、光伝播の境界値問題を解く必要があることを意味します。 境界値問題では、光軌跡は光源と観測者の空間位置、および過去の無限遠における単位方向によって完全に決定されます。 この問題は最近の研究で解決されました。 観測データ処理の実用的な相対論的モデルは、観測者の空間位置における光の軌跡に沿った単位接線ベクトルの決定を必要とし、これはいくつかの基本変換の連続によって決定される。 この単位接線ベクトルの決定により、太陽系天体の単極子構造および四極子構造が、恒星光源と太陽系内に存在する光源の両方について、サブマイクロ秒角レベルの光偏向に与える影響を計算することができる。 巨大惑星をかすめる光線について、天体の単極子構造および四極子構造によって引き起こされる光偏向の大きさの数値が与えられている。 GREMモデルは現在、ESAの位置天体測定ミッションGaiaのデータ処理に使用されている。 これらの基本変換をGREMに実装することで、将来の宇宙位置天体測定ミッションにおいてどのように進められるかを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gauge problem arises in the second order gravitational waves due to the mode mixing. Here, we introduce the transverse-traceless (TT) gauge to cosmological backgrounds, and find that if we choose the TT gauge at first order, the second order tensor mode would be gauge invariant. Analogous to the Ricci flat spacetime, the vacuum condition is the key to guarantee the existence of the TT gauge on cosmological backgrounds. When we have the vacuum condition, the Poisson gauge, the uniform curvature gauge, the synchronous gauge and the total matter gauge are all equivalent to the TT gauge. Once the vacuum condition is approximately satisfied, the Poisson gauge would reduce to the TT gauge at the same order of approximation. With the sub-horizon limit, the vacuum condition could be obtained approximately, and the Poisson gauge, the uniform curvature gauge and the synchronous gauge are all approximated TT gauge. Our findings explain several existing results in the literature and indicate that the proposed TT gauge is useful to discuss higher order gravitational waves. | ゲージ問題は、2次の重力波においてモード混合により生じる。 ここでは、横方向トレースレス（TT）ゲージを宇宙論的背景に導入し、1次のTTゲージを選択した場合、2次のテンソルモードがゲージ不変となることを示した。 リッチ平坦時空と同様に、真空条件は宇宙論的背景におけるTTゲージの存在を保証する鍵となる。 真空条件が満たされると、ポアソンゲージ、一様曲率ゲージ、同期ゲージ、全物質ゲージはすべてTTゲージと等価になる。 真空条件が近似的に満たされると、ポアソンゲージはTTゲージに同じ近似次数で帰着する。 サブホライズン極限を用いると、真空条件は近似的に得られ、ポアソンゲージ、一様曲率ゲージ、同期ゲージはすべてTTゲージに近似される。 我々の発見は、文献におけるいくつかの既存の結果を説明するものであり、提案されたTTゲージが高次重力波を議論するのに有用であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study (scalar, not necessarily conformal) quantum fields on self-similar spacetimes. It is shown that in states respecting the self-similarity the expectation value of the stress tensor gives rise to a quantum Lyapunov exponent $\omega_q = 2$, with a leading coefficient which is state-independent and geometric. Three examples for states respecting self-similarity are presented. | 自己相似時空上の（スカラー、必ずしも共形ではない）量子場を研究する。 自己相似性を満たす状態において、応力テンソルの期待値は、状態に依存しない幾何的な係数を持つ量子リアプノフ指数$\omega_q = 2$を生じることを示す。 自己相似性を満たす状態の例を3つ示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| GW200105 is a compact binary coalescence (CBC) event, consisting of a neutron star and a black hole, observed in LIGO-Virgo-KAGRA's (LVK's) third observing run (O3). Recent reanalyses of the event using state-of-the-art waveform models have claimed observation of signatures of an eccentric orbit. It has nevertheless been pointed out in the literature that certain physical or modified gravity effects could mimic eccentricity by producing a spurious non-zero eccentricity value, at a given reference frequency, when recovered with an eccentric waveform model. We recently developed a model-independent Eccentricity Evolution Consistency Test (EECT, S. A. Bhat et al. 2025) to identify such mimickers, by comparing the measured frequency $\textit{evolution}$ of eccentricity, $e(f)$, with that expected from General Relativity (GR). In this $\textit{Letter}$, we apply EECT to GW200105 and find that it satisfies EECT within 68% confidence. Our analysis therefore lends complementary support in favour of the eccentricity hypothesis, while also providing a novel test of the consistency of $e(f)$ with GR. | GW200105は、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）の第3回観測（O3）で観測された、中性子星とブラックホールからなるコンパクト連星合体（CBC）現象です。 最先端の波形モデルを用いたこの現象の最近の再解析では、偏心軌道の兆候が観測されたとされています。 しかしながら、文献では、特定の物理的または修正された重力効果によって、偏心波形モデルで復元された際に、特定の参照周波数において、誤った非ゼロの偏心値が生成され、偏心率が模倣される可能性があることが指摘されています。 我々は最近、モデルに依存しない離心率進化整合性検定（EECT、S. A. Bhat et al. 2025）を開発し、そのような模倣者を特定しました。 この検定は、離心率$e(f)$の測定頻度$\textit{evolution}$を一般相対性理論（GR）から予想される頻度と比較することで行われます。 本稿では、EECTをGW200105に適用し、68%の信頼度でEECTを満たすことを明らかにしました。 したがって、我々の解析は離心率仮説を補完的に支持するものであり、同時に$e(f)$と一般相対性理論の整合性を検証する新たな検定法も提供しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the tidal disruption of a neutron star (NS) near a black hole (BH), and for the first time, to the best of our knowledge, near a naked singularity (NaS). For a BH with a mass greater than about $10 M_{\odot}$, the tidal disruption of NS should occur within the event horizon, and hence neither can the stellar material escape nor a distant observer observe the disruption. Since NaS does not have an event horizon, a significant portion of the NS's material can escape, and the tidal disruption can be observed by a distant observer. One could identify such an event from the observed emission from the disrupted NS's material and the decay of the light curve of the disruption event. The escape of a significant fraction of the NS's material may also have implications for the heavy elements in the universe. Moreover, observing such an event can be useful for confirming a NaS, probing its spacetime, and studying the motion of matter in such a geometry. This may help constrain the NS parameters and equation of state models. As a first step in this direction, we calculate here the tidal disruption radius and other parameters for a specific type (Joshi-Malafarina-Narayan type 1) of NaS and compare our results with observations. | 我々は、ブラックホール（BH）近傍の中性子星（NS）の潮汐破壊を、そして我々の知る限り初めて裸の特異点（NaS）近傍で調べる。 質量が約10 M_{\odot}$を超えるBHの場合、NSの潮汐破壊は事象の地平線内で発生するはずであり、したがって恒星物質は脱出できず、遠方の観測者もその破壊を観測できない。 NaSには事象の地平線がないため、NS物質のかなりの部分が脱出し、潮汐破壊は遠方の観測者によって観測される。 このような事象は、破壊されたNS物質からの観測される放射と、破壊事象の光度曲線の減衰から特定できる。 NS物質のかなりの部分の脱出は、宇宙の重元素にも影響を及ぼす可能性がある。 さらに、このような事象の観測は、NaSの確認、その時空構造の探査、そしてそのような幾何学的形状における物質の運動の研究に有用である。 これは、NSパラメータと状態方程式モデルの制約に役立つ可能性がある。 この方向への第一歩として、ここでは特定のタイプ（ジョシ・マラファリナ・ナラヤン型1）のNaSについて、潮汐破壊半径などのパラメータを計算し、その結果を観測結果と比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate cosmological solutions for the modified gravity theory obtained from quantum relative entropy between the metric of spacetime and the metric induced by the geometry and matter fields. The vacuum equations admit inflationary solutions, hinting at an entropic origin for inflation. Equations also admit a regime of phantom like behavior. Assuming that the relation between slow roll parameters and CMB observables holds for entropic gravity, the theory predicts a viable spectrum. | 我々は、修正重力理論の宇宙論的解を、時空の計量と幾何学および物質場によって誘起される計量との間の量子相対エントロピーから得られるものとして調査する。 真空方程式はインフレーション解を許容し、インフレーションのエントロピー起源を示唆する。 方程式は、ファントムのような挙動を示す領域も許容する。 スローロールパラメータとCMB観測量との関係がエントロピー重力においても成り立つと仮定すると、理論は実現可能なスペクトルを予測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct an exact solution in four-dimensional Einstein-Maxwell-dilaton theory, describing multi-centered rotating black holes carrying both electric and magnetic charges, obtained via dimensional reduction from five-dimensional Einstein gravity. This generalizes the Majumdar-Papapetrou solution to the rotating case, and extends the recent multi-centered rotating black hole solutions of Teo and Wan to configurations with unequal electric and magnetic charges. The resulting spacetimes are free of curvature singularities, conical defects, Dirac-Misner strings, and closed timelike curves, both on and outside the horizons, provided that the black holes have either aligned or anti-aligned spin orientations. | 我々は、5次元アインシュタイン重力理論から次元縮小によって得られる、電荷と磁荷の両方を持つ多中心回転ブラックホールを記述する4次元アインシュタイン-マクスウェル-ディラトン理論の厳密解を構築する。 これは、マジュムダール-パパペトロウ解を回転ケースに一般化し、テオとワンによる最近の多中心回転ブラックホール解を電荷と磁荷が不等な配置に拡張するものである。 結果として得られる時空は、ブラックホールのスピン方向が揃っているか揃っていないかにかかわらず、地平線上と地平線外の両方において、曲率特異点、円錐欠陥、ディラック-ミスナー弦、そして閉じた時間的曲線を持たない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the properties of the shadow cast by a black hole (BH) in a non-commutative spacetime surrounded by a plasma medium. BHs in a plasma environment can exhibit complex interactions that profoundly affect their shadow properties. In specific terms, we consider a special type of plasma medium motivated from the interactions among axions, photons and plasma excitations, or commonly termed as axion-plasmon in the presence of a magnetic field. We have studied the effect of these plasma parameters and the non-commutative parameter on the shadow properties by focusing particularly on the photon sphere radius, angular shadow and the shadow observed from the observer's perspective. For this we have considered two different forms of plasma, viz homogeneous and inhomogeneous plasma. In this work we have presented the parameter dependence of these BH shadow properties. Finally, we have also studied the energy emission rate of the BH and how it depends on the model and plasma parameters. | 我々は、プラズマ媒質に囲まれた非可換時空におけるブラックホール（BH）の影の特性を調査する。 プラズマ環境中のBHは、複雑な相互作用を示し、その影の特性に深く影響を及ぼす。 具体的には、アクシオン、光子、プラズマ励起間の相互作用に由来する特殊なタイプのプラズマ媒質、すなわち磁場存在下でのアクシオン-プラズモンを考察する。 我々は、これらのプラズマパラメータと非可換パラメータが影の特性に及ぼす影響を、特に光子球半径、角度による影、そして観測者の視点から観測される影に焦点を当てて研究した。 このため、均質プラズマと不均質プラズマという2つの異なる形態のプラズマを考察した。 本研究では、これらのBH影の特性のパラメータ依存性を示した。 最後に、BHのエネルギー放出率と、それがモデルおよびプラズマパラメータにどのように依存するかについても研究した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The $\Lambda$CDM model has long served as the cornerstone of modern cosmology, offering an elegant and successful framework for interpreting a wide range of cosmological observations. However, the rise of high-precision datasets has revealed statistically significant tensions, most notably the Hubble tension and the $S_8$ discrepancy, which challenge the completeness of this standard model. In this context, we explore the $\Lambda_{\rm s}$CDM model-an extension of $\Lambda$CDM featuring a single additional parameter, $z_\dagger$, corresponding to a sign-switching cosmological constant. This minimal modification aims to alleviate key observational tensions without compromising the model's overall coherence. Recent findings present in the literature indicate that the $\Lambda_{\rm s}$CDM model not only provides a better fit to Lyman-$\alpha$ forest data for $z_\dagger < 2.3$, but also accommodates both the SH0ES measurement of $H_0$ and the angular diameter distance to the last scattering surface when 2D BAO data are included. We present a comprehensive analysis combining the full Planck 2018 CMB data, the Pantheon Type Ia Supernovae sample, and the recently released Baryon Acoustic Oscillation (BAO) measurements from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Our finding reveal that the Preliminary DESI results, a possible $3.9\sigma$ deviation from $\Lambda$CDM expectations, reinforce the importance of exploring such dynamic dark energy frameworks. In sum, our study underscores the potential of $\Lambda_{\rm s}$CDM to reconcile multiple cosmological tensions and sheds light on the role of upcoming high-precision observations in reshaping our understanding of the universe's expansion history and the nature of dark energy. | $\Lambda$CDMモデルは長きにわたり現代宇宙論の礎石として機能し、幅広い宇宙論的観測を解釈するための洗練された優れた枠組みを提供してきました。 しかしながら、高精度データセットの出現により、統計的に有意な緊張関係、特にハッブル張力と$S_8$不一致が明らかになり、この標準モデルの完全性に疑問を投げかけています。 この文脈において、我々は$\Lambda_{\rm s}$CDMモデルを探求します。 これは$\Lambda$CDMの拡張であり、符号反転宇宙定数に対応する単一の追加パラメータ$z_\dagger$を備えています。 この最小限の修正は、モデル全体の一貫性を損なうことなく、主要な観測上の緊張関係を軽減することを目的としています。 文献に発表された最近の知見によると、$\Lambda_{\rm s}$CDMモデルは、$z_\dagger < 2.3$のLyman-$\alpha$フォレストデータへの適合性が向上するだけでなく、2次元BAOデータを考慮すると、SH0ESによる$H_0$の測定と最終散乱面までの角直径距離の両方を考慮できることが示されています。 本研究では、Planck 2018 CMBデータ全体、パンテオンIa型超新星サンプル、そして最近発表されたダークエネルギー分光装置(DESI)による重粒子音響振動(BAO)測定を組み合わせた包括的な解析結果を提示します。 本研究の知見は、$\Lambda$CDMの予測値から$3.9\sigma$の偏差となる可能性のあるDESIの予備的結果が、このような動的なダークエネルギーの枠組みを探求することの重要性を改めて示すことを示しています。 要約すると、本研究は、$\Lambda_{\rm s}$CDMが複数の宇宙論的緊張を調和させる可能性を強調し、今後の高精度観測が宇宙の膨張の歴史とダークエネルギーの性質に関する理解を再構築する上で果たす役割に光を当てています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Frolov black hole (BH) is a charged extension of the Hayward BH, having regularity at the central point $r = 0$ and an asymptotically Schwarzschild form for large values of $r$. Such a BH is parameterized by a length scale parameter, \( \alpha_0 \). In this paper, we analyze the thermodynamic properties, null and timelike geodesics, and shadows of a Frolov BH immersed in a quintessence field. Our results indicate that the smaller BH is locally thermodynamically stable yet globally unstable at all horizon radii. Neither the quintessence parameter nor the other model parameters like the charge $q$ and length scale parameter $\alpha_0$ change this global instability. We extend the study of the null and timelike geodesics to the vicinity of the BH by analyzing how the geodesic motion depends on the model parameters. Finally, we analyze the shadow of the BH system and find that the shadow radii are sensitively dependent on model parameters. In contrast, the influence of the quintessence parameter itself on the size of the shadow is found to be rather weak. | フロロフ・ブラックホール（BH）はヘイワード・ブラックホールの荷電拡張であり、中心点$r = 0$で正則性を持ち、大きな$r$の値に対して漸近的にシュワルツシルト形をとる。 このようなBHは長さスケールパラメータ\(\alpha_0\)によってパラメータ化される。 本稿では、クインテッセンス場に浸されたフロロフ・ブラックホールの熱力学的特性、ヌル測地線および時間的測地線、および影を解析する。 得られた結果は、より小さなBHは局所的には熱力学的に安定であるが、すべての地平半径において大域的には不安定であることを示している。 クインテッセンスパラメータも、電荷$q$や長さスケールパラメータ$\alpha_0$などの他のモデルパラメータも、この大域的不安定性を変化させない。 本稿では、測地線運動がモデルパラメータにどのように依存するかを解析することにより、ヌル測地線および時間的測地線の研究をBH近傍まで拡張する。 最後に、BHシステムの影を解析し、影の半径がモデルパラメータに敏感に依存することを明らかにした。 対照的に、クインテッセンスパラメータ自体が影の大きさに与える影響は、かなり弱いことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the nanohertz band, the spatial correlations in pulsar timing arrays (PTAs) produced by interfering gravitational waves (GWs) from multiple sources likely deviate from the traditional ones without interference under the assumption of an isotropic Gaussian ensemble. This work investigates the impact of such interference within the framework of massive gravity. Through simulations, we show that while the resulting correlation patterns can be described by Legendre expansions with coefficients that depend on the interference configuration, they remain predominantly quadrupolar (l = 2), with this feature becoming more pronounced as the graviton mass increases--reflecting both the tensorial polarizations and the modified GW dispersion. However, the interference introduces significant variability in the angular correlation, making it difficult to distinguish massive gravity from general relativity based on a single realization of the Universe. We conclude that beyond a fundamental constraint set by the PTA observation time, achieving a substantially tighter bound on the graviton mass is statistically challenging and observationally limited under realistic conditions. | ナノヘルツ帯において、複数の発生源からの干渉する重力波（GW）によって生成されるパルサータイミングアレイ（PTA）の空間相関は、等方性ガウス集団の仮定の下では、干渉がない場合の従来の相関から逸脱する可能性が高い。 本研究では、このような干渉の影響を、大質量重力の枠組みの中で調査する。 シミュレーションを通して、結果として生じる相関パターンは干渉構成に依存する係数を持つルジャンドル展開で記述できるものの、主に四重極（l = 2）のままであり、この特徴は重力子質量が増加するにつれてより顕著になり、テンソル分極と修正重力分散の両方を反映していることを示す。 しかし、干渉は角度相関に大きな変動をもたらし、宇宙の単一の実現に基づく大質量重力と一般相対論を区別することを困難にする。 我々は、PTA観測時間によって設定される基本的な制約を超えて、 重力子質量についてより厳密な上限を達成することは、 統計的に困難であり、現実的な条件下では観測的にも限界があると結論付けた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) experiments have transformed our understanding of the Universe by enabling direct observations of compact object mergers and other astrophysical phenomena. This chapter reviews the concepts of GW detectors, such as LIGO, Virgo, and KAGRA, and describes their operating principles, data acquisition and analysis techniques, and some of the methods used to extract source properties. The scientific impact of GW observations is discussed as well, including contributions to astrophysics, tests of general relativity, and cosmology. We also examine the role of multimessenger astronomy and the complementarity between different GW detectors and with other astroparticle experiments. Finally, we outline future prospects with next-generation detectors, like the Einstein Telescope and Cosmic Explorer, and space-based missions. | 重力波（GW）実験は、コンパクト天体の合体やその他の天体物理現象の直接観測を可能にし、宇宙に対する私たちの理解を大きく変えました。 本章では、LIGO、Virgo、KAGRAなどの重力波検出器の概念を概説し、その動作原理、データ収集・解析技術、そして源特性の抽出に用いられるいくつかの手法について説明します。 また、重力波観測の科学的影響についても、天体物理学、一般相対性理論の検証、そして宇宙論への貢献を含めて考察します。 さらに、マルチメッセンジャー天文学の役割、そして異なる重力波検出器間および他の天体粒子実験との相補性についても考察します。 最後に、アインシュタイン望遠鏡やコズミック・エクスプローラーなどの次世代検出器や宇宙ベースのミッションの将来展望を概説します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze a rotating regular black hole spacetime with an asymptotically Minkowski core, focusing on extreme mass-ratio inspiral (EMRIs) where a stellar-mass object inspirals a supermassive black hole under consideration. Such spacetimes are also called Kerr-like spacetimes, which motivate the investigation of black holes beyond general relativity and the test of the no-hair theorem. In the present article, we consider the eccentric equatorial motion of an inspiralling object in the background of a rotating regular black hole. The dynamics generate gravitational waves (GWs) that imply a loss in energy and angular momentum of the orbiting body. In this scenario, as a result of the radiation reaction, we analytically compute the orbital evolution of the moving object. Further, we generate the gravitational waveforms and constrain the non-Kerr parameter through dephasing and mismatch computations using Laser Interferometer Space Antenna (LISA) observations. Our result indicates that LISA can distinguish the effect of the additional non-Kerr/deviation parameter with the parameter as small as $\sim10^{-6}$. The constraint on the parameter in the regular black hole using the Fisher information matrix (FIM) can be obtained within a fraction error of $10^{-5}$. The estimates of our analysis with EMRIs present the possible detectability of Kerr-like geometries with future space-based detectors, and further open up ways to put a stringent constraint on non-Kerr parameters with more advanced frameworks. | 我々は、漸近的にミンコフスキー核を持つ回転する正規ブラックホール時空を解析し、恒星質量の天体が対象の超大質量ブラックホールを巻き込む極限質量比インスパイラル（EMRI）に焦点を当てる。 このような時空はカー型時空とも呼ばれ、一般相対論を超えたブラックホールの研究やノーヘア定理の検証の動機となっている。 本稿では、回転する正規ブラックホールを背景とするインスパイラル天体の偏心赤道運動を考察する。 このダイナミクスは重力波（GW）を発生させ、これは周回天体のエネルギーと角運動量の損失を意味する。 このシナリオでは、放射反応の結果として、運動天体の軌道進化を解析的に計算する。 さらに、重力波形を生成し、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）観測を用いた位相ずれとミスマッチ計算を通じて非カーパラメータを制限した。 その結果、LISAは追加の非カー／偏差パラメータの影響を区別できることが示された。 パラメータが$\sim10^{-6}$と非常に小さい場合でも。 フィッシャー情報行列（FIM）を用いた通常のブラックホールにおけるパラメータの制限は、$10^{-5}$の分数誤差内で得られる。 EMIRを用いた解析の推定値は、将来の宇宙検出器によるカー型幾何構造の検出可能性を示し、より高度な枠組みを用いて非カーパラメータに厳格な制限を課すための道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study canonical formulation of Born-Infeld inspired gravity coupled non-minimally to scalar field. Then we propose form of Eddington Gravity coupled to collection of scalar fields whose canonical form is the same as Hamiltonian for General Relativity coupled minimally to scalar field. | 我々は、ボルン＝インフェルドに着想を得た重力の正準定式化を スカラー場と非極小的に結合したものを研究する。 次に、エディントン重力の 正準形が 一般相対論のハミルトニアンとスカラー場と極小的に結合したものと同じである スカラー場の集合と結合したものを提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study effects of presence of a small amount of so-called anisotropic solid remnant in the early post-inflationary Universe dominated by radiation. This model is inspired by solid inflation and its generalizations with matter described through a triplet of fields. In our model, the internal full global Euclidean symmetry of this triplet is broken, which leads to an anisotropic expansion of the Universe. Superhorizon scalar and vector perturbations grow, while behavior of tensor perturbations remains the same as in the standard case with Universe filled with only radiation. We also find a very interesting case within the limit of a very small amount of the anisotropic solid remnant and the longest possible duration of its presence, where size of vector perturbations decreases with a different power of scale factor as in the standard scenario. The obtained results improve agreement between the observational data and the theoretical predictions of solid inflation in a case with suppressed non-linear effects. | 我々は、輻射が支配的なインフレーション後初期宇宙における、いわゆる異方性固体残骸の少量存在の影響を研究する。 このモデルは、固体インフレーションと、その物質への一般化に着想を得たもので、場の三重項によって記述される。 我々のモデルでは、この三重項の内部完全大域ユークリッド対称性が破れ、宇宙の異方性膨張が生じる。 超地平線スカラーおよびベクトル摂動は増大するが、テンソル摂動の挙動は、宇宙が輻射のみで満たされる標準的なケースと同じままである。 また、異方性固体残骸の量が極めて少なく、その存在期間が可能な限り長いという制限の中で、ベクトル摂動の大きさが標準的なシナリオとは異なるスケールファクターのべき乗で減少するという非常に興味深いケースも発見した。 得られた結果は、非線形効果が抑制されたケースにおける固体インフレーションの観測データと理論予測との整合性を向上させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| According to holography, a black hole is dual to a thermal state in a strongly coupled quantum system. One of the best-known examples of holography is the Anti-de Sitter/Conformal Field Theory (AdS/CFT) correspondence. Despite extensive work on holographic thermodynamics, heat engines for CFT thermal states have not been explored. We construct reversible heat engines where the working substance consists of a static thermal equilibrium state of a CFT. For thermal states dual to an asymptotically AdS black hole, this yields a realization of Johnson's holographic heat engines. We compute the efficiency for a number of idealized heat engines, such as the Carnot, Brayton, Otto, Diesel, and Stirling cycles. The efficiency of most heat engines can be derived from the CFT equation of state, which follows from scale invariance, and we compare them to the efficiencies for an ideal gas. However, the Stirling efficiency for a generic CFT is uniquely determined in terms of its characteristic temperature and volume only in the high-temperature or large-volume regime. We derive an exact expression for the Stirling efficiency for CFT states dual to AdS-Schwarzschild black holes and compare the subleading corrections in the high-temperature regime with those in a generic CFT. | ホログラフィーによれば、ブラックホールは強結合量子系における熱状態と双対である。 ホログラフィーの最もよく知られた例の一つは、反ド・ジッター/共形場理論（AdS/CFT）対応である。 ホログラフィック熱力学に関する広範な研究にもかかわらず、CFT熱状態に対する熱機関は未だ研究されていない。 我々は、作動物質がCFTの静的熱平衡状態からなる可逆熱機関を構築する。 漸近的にAdSブラックホールと双対となる熱状態の場合、これはジョンソンのホログラフィック熱機関の実現をもたらす。 我々は、カルノーサイクル、ブレイトンサイクル、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクルなど、いくつかの理想化された熱機関の効率を計算する。 ほとんどの熱機関の効率は、スケール不変性から導かれるCFT状態方程式から導出でき、それらを理想気体の効率と比較する。 しかし、一般的なCFTのスターリング効率は、高温領域または大容量領域においてのみ、その特性温度と体積によって一意に決定される。 我々は、AdS-シュワルツシルトブラックホールのCFT双対状態に対するスターリング効率の正確な表式を導出し、高温領域におけるサブリーディング補正を一般的なCFTにおけるサブリーディング補正と比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The abundance and mass function of primordial black holes (PBHs) are often estimated using the Press-Schechter (PS) formalism. In the case of halo formation, the PS formalism suffers from the miscounting of regions collapsing into halos, known as the cloud-in-cloud problem, which is usually corrected by introducing a multiplicative `fudge factor 2'. By analogy, this factor has sometimes been applied to PBH calculations, although its validity has remained unsettled. We reformulate the PS approach for PBHs within the excursion-set framework, where the smoothed density contrast undergoes a stochastic random walk as the smoothing scale varies and collapse is identified with the first threshold crossing. While the halo case is described by a Markovian process, we show that the PBH case is non-Markovian, even when the sharp-k filter Window function is adopted. Decomposing the total collapse probability into two distinct components of the stochastic motion, we numerically confirm that their contributions are exactly equal in the case of halo formation, justifying the fudge factor. For PBHs, however, we demonstrate that this equality no longer holds, and consistent inclusion of both contributions is essential to ensure a positive-definite mass function. Our results clarify the origin of the ambiguity surrounding the fudge factor and establish a robust theoretical foundation for PBH abundance calculations. | 原始ブラックホール（PBH）の存在量と質量関数は、しばしばプレス・シェヒター（PS）形式論を用いて推定される。 ハロー形成の場合、PS形式論はハローに崩壊する領域の誤カウント（クラウド・イン・クラウド問題として知られる）の問題を抱える。 これは通常、乗法的な「ファッジ係数2」を導入することで修正される。 類推的に、この係数はPBHの計算にも適用されることがあるが、その妥当性は未だに解決されていない。 我々は、PBHに対するPSアプローチをエクスカーションセットの枠組みの中で再定式化する。 エクスカーションセットの枠組みでは、平滑化された密度コントラストは、平滑化スケールが変化するにつれて確率的ランダムウォークを起こし、崩壊は最初の閾値通過と同一視される。 ハローの場合はマルコフ過程によって記述されるが、PBHの場合はシャープkフィルターウィンドウ関数を採用しても非マルコフ過程であることを示す。 全崩壊確率を確率運動の2つの異なる成分に分解し、ハロー形成の場合、それらの寄与が正確に等しいことを数値的に確認し、ファッジ係数を正当化した。 しかし、PBHの場合、この等式はもはや成り立たず、両方の寄与を一貫して含めることが正定値質量関数を保証するために不可欠であることを示す。 我々の結果は、ファッジ係数をめぐる曖昧さの起源を明らかにし、PBH存在比計算のための強固な理論的根拠を確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the observational implications of Wald--Gauss--Bonnet (WGB) topological dark energy, a modified cosmological framework derived from the gravity-thermodynamics conjecture applied to the Universe's apparent horizon, with the Wald--Gauss--Bonnet entropy replacing the standard Bekenstein--Hawking one. Assuming a topological connection between the apparent horizon and interior black hole (BH) horizons, we derive modified Friedmann equations where the evolution of dark energy depends on BH formation and merger rates, which are approximated by the cosmic star formation rate. These equations introduce an additional, astrophysics--dependent contribution to the cosmological constant. We test two scenarios, one with a vanishing cosmological constant ($\Lambda = 0$) and another with a modified $\Lambda$ against late--Universe data (SNIa, BAO, Cosmic Chronometers) via a Bayesian analysis. Although the WGB framework is consistent with observations, information criteria statistically favor the standard $\Lambda$CDM model. An analysis of linear perturbations shows that the growth of cosmic structures is nearly indistinguishable from that of $\Lambda$CDM, with negligible dark energy clustering and minimal deviation in the effective Newton's constant. The standard thermal history is also preserved. In conclusion, WGB cosmology presents a phenomenologically rich alternative that connects dark energy to black hole astrophysics while remaining compatible with current cosmological data. | 我々は、ワルド＝ガウス＝ボネ（WGB）位相的ダークエネルギーの観測的意味合いを調査する。 これは、重力熱力学予想を宇宙の見かけの地平線に適用した修正宇宙論的枠組みであり、標準的なベッケンシュタイン＝ホーキングのエントロピーにワルド＝ガウス＝ボネのエントロピーを置き換えたものである。 見かけの地平線と内部ブラックホール（BH）地平線の間に位相的なつながりがあると仮定し、修正フリードマン方程式を導出する。 この方程式では、ダークエネルギーの進化はBHの形成と合体速度に依存し、これらの速度は宇宙の星形成速度で近似される。 これらの方程式は、宇宙定数に、天体物理学に依存する追加の寄与を導入する。 我々は、宇宙定数がゼロになるシナリオ（$\Lambda = 0$）と修正された$\Lambda$の2つのシナリオを、ベイズ解析を用いて後期宇宙データ（SNIa、BAO、Cosmic Chronometers）に対して検証した。 WGBの枠組みは観測結果と整合しているものの、情報基準は統計的に標準的な$\Lambda$CDMモデルを支持する。 線形摂動の解析は、宇宙構造の成長は$\Lambda$CDMのそれとほぼ区別がつかず、ダークエネルギーのクラスタリングは無視でき、実効ニュートン定数の偏差は最小限であることを示している。 標準的な熱履歴も保存されている。 結論として、WGB宇宙論は、現在の宇宙論データと整合性を保ちながら、ダークエネルギーとブラックホール天体物理学を結びつける、現象論的に豊かな代替モデルを提示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the possibility that the recently reported GW231123 event, with component masses $M_1=137^{+22}_{-17}\,M_\odot$, $M_2=103^{+20}_{-52}\,M_\odot$ and a local merger rate $R_{\mathrm{local}}=0.08^{+0.19}_{-0.07}\,\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$, originates from primordial black holes (PBHs) formed during an early matter-dominated era. We compute the PBH mass function, abundance, spin distribution and the merger rate density and find a set of choices for the parameters to reproduce the key properties of GW231123. While PBHs formed in such a scenario can acquire large spins through sustained tidal torques, the spin distribution remains uncertain and additional accretion might lead to extreme spin values inferred in GW231123. We also show that the resulting PBH abundance, $f_{\mathrm{pbh}}=1.64^{+5.00}_{-1.59}\times10^{-1}$, lies close to the exclusion bounds from CMB accretion limits and other probes, highlighting a potential tension with current constraints. Finally, we estimate the scalar-induced gravitational waves (SIGWs) that are inevitably generated during PBH formation. PBHs that interpret GW231123 are accompanied by negligible SIGWs in the nano-hertz band, indicating no conflict with current pulsar timing arrays data. | 最近報告されたGW231123イベント（成分質量$M_1=137^{+22}_{-17}\,M_\odot$、 $M_2=103^{+20}_{-52}\,M_\odot$、局所合体率$R_{\mathrm{local}}=0.08^{+0.19}_{-0.07}\,\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$）が、初期の物質優位時代に形成された原始ブラックホール（PBH）に由来する可能性を調査する。 PBHの質量関数、存在比、スピン分布、合体率密度を計算し、GW231123の主要な特性を再現するためのパラメータの選択肢を見出す。 このようなシナリオで形成されるPBHは持続的な潮汐トルクによって大きなスピンを獲得する可能性があるが、スピン分布は依然として不確実であり、さらなる降着によってGW231123で推定される極端なスピン値が得られる可能性がある。 また、結果として得られるPBHの存在量$f_{\mathrm{pbh}}=1.64^{+5.00}_{-1.59}\times10^{-1}$は、CMB降着限界やその他のプローブからの除外境界に近く、現在の制約との潜在的な緊張関係を浮き彫りにすることを示す。 最後に、PBH形成中に必然的に生成されるスカラー誘起重力波（SIGW）を推定する。 GW231123を解釈するPBHは、ナノヘルツ帯で無視できるほどのSIGWを伴っており、現在のパルサータイミングアレイデータと矛盾しないことを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Kerr-Schild double copy is celebrated for producing exact gravitational spacetimes from gauge fields, yet the preservation of symmetry content gone largely unexplored. We investigate the fate of residual symmetries in the Kerr-Schild double copy, focusing on the Schwarzschild solution. On the gauge theory side, we derive the residual transformations that preserve the Abelian and non-Abelian Kerr-Schild ansatz\"e, finding they both form an infinite-dimensional Lie algebra parameterized by arbitrary null functions. On the gravity side, we analyze the resulting residual diffeomorphisms of the Kerr-Schild Schwarzschild metric. Restricting our focus to the Killing vector class of solutions, we find that the only surviving diffeomorphisms are the finite-dimensional global isometries of Schwarzschild, reducing the residual gauge algebra to the Poincar\'e subalgebra containing exclusively time translations and spatial rotations. This finding confirms a fundamental structural mismatch: the infinite-dimensional algebra of the gauge side admits no analogous structure in this gravitational sector. We formalize this by showing that the BRST operator for the residual symmetry is trivialized under the Killing condition, establishing the consistency of this algebraic reduction within a quantum field theoretic framework. This paper is the first of a two-part series. In Part II, we complete this analysis by examining the more complex proper conformal Killing vector class of solutions and formulating a unified BRST framework. | カー・シルト二重コピーは、ゲージ場から正確な重力時空を生成することで知られていますが、対称性の保存については ほとんど研究されていません。 我々は、カー・シルト二重コピーにおける残余対称性の運命を、シュワルツシルト解に焦点を当てて調べます。 ゲージ理論側では、アーベルおよび非アーベルKerr-Schild仮説を保存する残差変換を導出し、どちらも任意のヌル関数によってパラメータ化された無限次元リー代数を形成することを発見した。 重力側では、Kerr-Schild Schwarzschild計量の結果として得られる残差微分同相写像を解析する。 キリングベクトルの解の類に焦点を絞ると、唯一残る微分同相写像はSchwarzschildの有限次元大域等長写像であり、残差ゲージ代数は時間並進と空間回転のみを含むポアンカレ部分代数に還元されることがわかった。 この発見は、根本的な構造的不一致を裏付けるものである。 ゲージ側の無限次元代数は、この重力セクターにおいて類似の構造を許容しない。 これを形式化するために、残差対称性のBRST作用素が自明であることを示す。 キリング条件の下で、この代数的還元の整合性を 量子場の理論的枠組みの中で確立する。 本論文は2部構成のシリーズの第1部である。 第2部では、より複雑な真共形キリングベクトルの解の類を考察し、統一的なBRST枠組みを定式化することで、この分析を完了する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the gravitational wave (GW) memory effect for a black hole embedded in a dark matter halo described by a Hernquist-type density profile, both with and without a spike. We first solve the geodesic equations in this spacetime under the influence of a GW pulse to examine how the combined effects of the dark matter halo and the GW pulse modify the geodesic deviation equation and particle trajectories. We then investigate how the memory effect manifests in the waveform in the presence of the dark matter halo. To do that, we analyze the memory contribution at asymptotic null infinity using the Bondi-Sachs formalism and, in particular, the Bondi-Metzner-Sachs (BMS) flux balance laws associated with BMS symmetries. This framework allows us to quantify the GW memory contribution to the waveform, incorporate it into the ringdown waveform templates, and thereby provide a possible avenue for extracting information about the dark matter halo parameters. | 本論文では、スパイクの有無にかかわらず、ヘルンキスト型密度プロファイルで記述される暗黒物質ハローに埋め込まれたブラックホールの重力波（GW）メモリ効果を研究する。 まず、重力波パルスの影響下にあるこの時空における測地線方程式を解き、暗黒物質ハローと重力波パルスの複合効果が測地線偏差方程式と粒子軌道にどのような影響を与えるかを調べる。 次に、暗黒物質ハローが存在する場合の波形にメモリ効果がどのように現れるかを調べる。 そのために、ボンダイ・サックス形式、特にBMS対称性に関連するボンダイ・メッツナー・サックス（BMS）フラックスバランス則を用いて、漸近的ヌル無限大におけるメモリ寄与を解析する。 この枠組みにより、波形への重力波メモリの寄与を定量化し、それをリングダウン波形テンプレートに組み込むことができ、それによって暗黒物質ハローパラメータに関する情報を抽出するための手段が提供される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present updated observational constraints on the spatially flat $\phi$CDM model, where dark energy is described by a minimally coupled scalar field $\phi$ with an inverse power-law potential $V=V_0 \phi^{-\alpha}$. Using Planck 2018 CMB temperature, polarization (P18), and lensing power spectra (lensing), along with a compilation of non-CMB data including baryon acoustic oscillation, type Ia supernova, Hubble parameter, and growth rate measurements, we constrain $\phi$CDM and $\phi$CDM+$A_L$ models where $A_L$ is the CMB lensing consistency parameter. The scalar field parameter $\alpha$, which governs dark energy dynamics, is more tightly constrained by non-CMB data than by CMB data alone. For the full dataset, we obtain $\alpha = 0.055 \pm 0.041$ in the $\phi$CDM model and $\alpha = 0.095 \pm 0.056$ in the $\phi$CDM+$A_L$ model, mildly favoring evolving dark energy over a cosmological constant by $1.3\sigma$ and $1.7\sigma$. The Hubble constant is $H_0=67.55_{-0.46}^{+0.53}$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ in the $\phi$CDM model, consistent with median statistics and some local determinations, but in tension with other local determinations. The constraints for matter density and clustering amplitude ($\Omega_m = 0.3096 \pm 0.0055$, $\sigma_8 = 0.8013_{-0.0067}^{+0.0077}$) of the flat $\phi$CDM model statistically agree with $\Lambda$CDM model values. Allowing $A_L$ to vary reduces tensions between CMB and non-CMB data, although we find $A_L = 1.105 \pm 0.037$, $2.8\sigma$ higher than unity, consistent with the excess smoothing seen in Planck data. Model comparison using AIC and DIC indicates that the $\phi$CDM model provides a fit comparable to $\Lambda$CDM, with the $\phi$CDM+$A_L$ slightly preferred. Overall, while the $\Lambda$CDM model remains an excellent fit, current data leave open the possibility of mildly evolving quintessence-like dynamical dark energy. | 我々は、空間的に平坦な$\phi$CDMモデルに対する最新の観測的制約を提示する。 このモデルでは、ダークエネルギーは、逆べき乗ポテンシャル$V=V_0 \phi^{-\alpha}$を持つ最小結合スカラー場$\phi$で記述される。 Planck 2018 CMB温度、偏光（P18）、レンズ効果パワースペクトル（レンズ効果）、そして重粒子音響振動、Ia型超新星、ハッブルパラメータ、成長率測定などの非CMBデータの集積を用いて、$\phi$CDMモデルと$\phi$CDM+$A_L$モデルを制約する。 ここで、$A_L$はCMBレンズ効果の整合性パラメータである。 ダークエネルギーのダイナミクスを支配するスカラー場パラメータ$\alpha$は、CMBデータ単独よりも非CMBデータによってより厳密に制約される。 全データセットでは、$\phi$CDMモデルでは$\alpha = 0.055 \pm 0.041$、$\phi$CDM+$A_L$モデルでは$\alpha = 0.095 \pm 0.056$が得られ、宇宙定数よりも進化するダークエネルギーが$1.3\sigma$と$1.7\sigma$だけやや有利となる。 ハッブル定数は$\phi$CDMモデルでは$H_0=67.55_{-0.46}^{+0.53}$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$であり、中央値統計値やいくつかの局所的決定とは整合するが、他の局所的決定とは矛盾する。 平坦な$\phi$CDMモデルの物質密度とクラスタリング振幅に関する制約（$\Omega_m = 0.3096 \pm 0.0055$、$\sigma_8 = 0.8013_{-0.0067}^{+0.0077}$）は、$\Lambda$CDMモデルの値と統計的に一致する。 $A_L$を変化させると、CMBデータと非CMBデータ間の緊張が緩和されるが、$A_L = 1.105 \pm 0.037$となり、1より$2.8\sigma$高い値となり、Planckデータに見られる過剰な平滑化と整合する。 AICとDICを用いたモデル比較では、$\phi$CDMモデルは$\Lambda$CDMに匹敵する適合度を示し、$\phi$CDM+$A_L$がわずかに優れていることが示された。 全体的に、$\Lambda$CDMモデルは 依然として優れた適合性を示しているものの、現在のデータでは、クインテッセンスのような動的ダークエネルギーが 緩やかに進化する可能性が残されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We complete our investigation into the residual symmetries of the Kerr-Schild double copy for the Schwarzschild solution. In Part I, we showed that the infinite-dimensional residual gauge algebra collapses to the finite-dimensional global isometries when restricted to Killing vectors. Here, we extend the analysis to proper conformal Killing vectors (CKVs), solving the field equations via the method of characteristics to obtain explicit conformal solutions. While asymptotic flatness and horizon regularity remove divergent contributions, the surviving components form a non-trivial infinite-dimensional algebra, revealing a structural mismatch with the canonical Schwarzschild solution. We resolve this by constructing a unified, Weyl-compensated BRST complex, showing that the infinite-dimensional modes are BRST-exact and do not correspond to physical degrees of freedom. This demonstrates the quantum consistency of the Kerr-Schild double copy, confirming that the physical spectrum is restricted to global isometries. | シュワルツシルト解に対するカー・シルト二重コピーの残差対称性に関する調査を完了する。 パートIでは、無限次元残差ゲージ代数がキリングベクトルに制限されると有限次元大域等長写像に収束することを示した。 ここでは、この解析を適切な共形キリングベクトル（CKV）に拡張し、特性関数法を用いて場の方程式を解き、明示的な共形解を得る。 漸近平坦性と地平正則性によって発散寄与は除去されるが、残存する成分は非自明な無限次元代数を形成し、標準的なシュワルツシルト解との構造的不一致が明らかになる。 我々は、統一されたワイル補償BRST複体を構築することでこの不一致を解決し、無限次元モードがBRST正確であり、物理的な自由度に対応しないことを示す。 これはカー・シルト二重コピーの量子整合性を実証し、物理的スペクトルがグローバル等長変換に制限されていることを確認しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quasiparticles may possess not only Berry curvature but also a quantum metric in momentum space. We develop a canonical formalism for such quasiparticles based on the Dirac brackets, and demonstrate that quantum metric modifies the phase-space density of states at $\mathcal{O}(\hbar^2)$, leading to corrections to Liouville's theorem, kinetic theory, and related physical quantities. In particular, we show that, in the presence of an inhomogeneous electric field, quantum metric induces corrections to the energy density and energy current. Applied to chiral fermions, this framework provides a nonlinear extension of chiral kinetic theory consistent with quantum field theory. Our work paves the way to potential applications of the quantum metric in high-energy physics and astrophysics. | 準粒子は、ベリー曲率だけでなく、運動量空間における量子計量も持つ可能性がある。 我々は、ディラック括弧に基づくそのような準粒子の標準的形式論を構築し、量子計量が$\mathcal{O}(\hbar^2)$における位相空間状態密度を変化させ、リウヴィルの定理、運動論、および関連する物理量に対する補正をもたらすことを示す。 特に、不均一電場が存在する場合、量子計量がエネルギー密度とエネルギーカレントに対する補正をもたらすことを示す。 この枠組みをカイラルフェルミオンに適用することで、場の量子論と整合するカイラル運動論の非線形拡張が得られる。 我々の研究は、高エネルギー物理学および天体物理学における量子計量の潜在的応用への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| There are various surveys that will provide excellent data to search for and localize Fast Radio Bursts (FRBs). The BINGO project will be one such survey, and this collaboration has already estimated a FRB detection rate that the project will yield. We present a forecast of the future constraints on our current cosmological model that the BINGO FRB detections and localizations will have when added to other current cosmological datasets. We quantify the dispersion measure (DM) as a function of redshift ($z$) for the BINGO FRB mock sample. Furthermore, we use current datasets (Supernovae, Baryonic Acoustic Oscillations, and Cosmic Microwave Background data) prior to assessing the efficacy of constraining dark energy models using Monte Carlo methods. Our results show that spatially localized BINGO FRB dataset will provide promising constraints on the population of host galaxies intrinsic DM and be able to measure the nuisance parameters present within a FRB cosmological analysis. They will also provide alternative estimates on other parameters such as the Hubble constant and the dark energy equation of state. In particular, we should see that BINGO FRB data can put constraints on the degenerate $w-H_0$ plane, which the CMB is incapable of measuring, allowing FRBs to be a viable alternative to BAO to constrain the dark energy equation of state. We conclude that FRBs remain a promising future probe for cosmology and that the FRBs localized by the BINGO project will contribute significantly to our knowledge of the current cosmological model. | 高速電波バースト（FRB）の探索と位置特定に優れたデータを提供する様々なサーベイが存在します。 BINGOプロジェクトはそのようなサーベイの一つであり、この共同研究チームは既に、このプロジェクトによって得られるFRBの検出率を推定しています。 本研究では、BINGO FRBの検出と位置特定を他の既存の宇宙論データセットに加えた場合、現在の宇宙論モデルにどのような制約が課されるかを予測します。 BINGO FRB模擬サンプルについて、分散尺度（DM）を赤方偏移（$z$）の関数として定量化します。 さらに、モンテカルロ法を用いてダークエネルギーモデルを制約する有効性を評価する前に、現在のデータセット（超新星、バリオン音響振動、宇宙マイクロ波背景放射データ）を使用します。 我々の 結果は、空間的に局在化したBINGO FRBデータセットが、ホスト銀河の固有のDMの種族に有望な制限を与え、FRB宇宙論解析内に存在する不要なパラメータを測定できることを示しています。 また、ハッブル定数や暗黒エネルギーの状態方程式といった他のパラメータについても、代替的な推定値を提供します。 特に、BINGO FRBデータは、CMBでは測定できない縮退した$w-H_0$平面に制限を与えることができるため、FRBは暗黒エネルギーの状態方程式を制限するためのBAOの有効な代替手段となることが期待されます。 我々は、FRBは依然として宇宙論の将来の有望な探査手段であり、BINGOプロジェクトによって局在化されたFRBは、現在の宇宙論モデルに関する知識に大きく貢献するだろうと結論付けています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rotating primordial black holes (PBHs) in the early universe can emit particles through superradiance, a process particularly efficient when the particle's Compton wavelength is comparable to the PBH's gravitational radius. Superradiance leads to an exponential growth of particle occupation numbers in gravitationally bound states. We present an analysis of heavy bosonic dark matter (DM) production through three gravitational mechanisms: Hawking radiation, superradiant instabilities, and ultraviolet (UV) freeze-in. We consider PBHs that evaporate before Big Bang Nucleosynthesis (BBN). For both scalar and vector DM, our analysis incorporates the evolution of a second superradiant mode. We demonstrate that the growth of a second superradiant mode causes the decay of the first mode, and thus the second mode cannot further enhance the DM abundance beyond that already achieved by the first mode. Our study also reveals that while superradiance generally enhances DM production, gravitational wave (GW) emission from the superradiant cloud may significantly modify this picture. For scalar DM, GW emission reduces the parameter space where superradiance effectively augments relic abundance. For vector DM, rapid GW emission from the superradiant cloud may yield relic abundances below those achieved through Hawking radiation alone. These findings demonstrate that multiple-mode effect and GW emission play critical roles in modeling DM production from PBHs in the early universe. | 初期宇宙において回転する原始ブラックホール（PBH）は、超放射によって粒子を放出することができる。 このプロセスは、粒子のコンプトン波長がPBHの重力半径に匹敵する場合に特に効率的である。 超放射は、重力束縛状態における粒子占有数の指数関数的増加をもたらす。 本研究では、ホーキング放射、超放射不安定性、紫外線（UV）凍結という3つの重力メカニズムによる重いボソン系暗黒物質（DM）生成の解析を示す。 ビッグバン元素合成（BBN）前に蒸発するPBHを対象とする。 スカラーDMとベクトルDMの両方について、本解析では第2の超放射モードの発展を取り入れている。 第2の超放射モードの成長は第1のモードの減衰を引き起こし、したがって第2のモードは第1のモードによって既に達成されたDM存在量を超えてDM存在量を増加させることはできないことを示す。 本研究では、超放射は一般的にDM生成を増強するが、超放射雲からの重力波（GW）放射がこの描像を大きく変化させる可能性があることも明らかにした。 スカラーDMの場合、重力波放射は、超放射が残存物質の存在量を効果的に増加させるパラメータ空間を縮小する。 ベクトルDMの場合、超放射雲からの急速な重力波放射は、ホーキング放射のみで達成されるよりも低い残存物質の存在量をもたらす可能性がある。 これらの知見は、初期宇宙におけるPBHからのDM生成のモデル化において、多重モード効果と重力波放射が重要な役割を果たすことを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Hawking's singularity theorem says that cosmological solutions arising from initial data with positive mean curvature have a past singularity. However, the nature of the singularity remains unclear. We therefore ask: If the initial hypersurface has sufficiently large mean curvature, does the curvature necessarily blow up towards the singularity? In case the eigenvalues of the expansion-normalized Weingarten map are everywhere distinct and satisfy a certain algebraic condition (which in 3+1 dimensions is equivalent to them being positive), we prove that this is the case in the CMC Einstein-non-linear scalar field setting. More specifically, we associate a set of geometric expansion-normalized quantities to any initial data set with positive mean curvature. These quantities are expected to converge, in the quiescent setting, in the direction of crushing big bang singularities. Our main result says that if the mean curvature is large enough, relative to an appropriate Sobolev norm of these geometric quantities, and if the algebraic condition is satisfied, then a quiescent (as opposed to oscillatory) big bang singularity with curvature blow-up forms. This provides a stable regime of big bang formation without requiring proximity to any particular class of background solutions. An important recent result by Fournodavlos, Rodnianski and Speck demonstrates stable big bang formation for all the spatially flat and spatially homogeneous solutions to the Einstein-scalar field equations satisfying the algebraic condition. Here we obtain analogous stability results for any solution inducing data at the singularity, in the sense introduced by the third author, in particular generalizing the aforementioned result. Moreover, we are able to prove both future and past global non-linear stability of a large class of spatially locally homogeneous solutions. | ホーキングの特異点定理は、正の平均曲率を持つ初期データから生じる宇宙論的解は過去の特異点を持つと述べている。 しかし、特異点の性質は依然として不明である。 そこで我々は次の疑問を抱く。 初期超曲面の平均曲率が十分に大きい場合、その曲率は必ず特異点に向かって爆発するのか？ 展開正規化されたワインガルテン写像の固有値がどこでも異なり、ある代数的条件（3+1次元では固有値が正であることと同値）を満たす場合、CMCアインシュタイン非線形スカラー場設定においてこれが当てはまることを証明する。 より具体的には、正の平均曲率を持つ任意の初期データセットに、幾何学的な展開正規化された量の集合を関連付ける。 これらの量は、静止状態において、ビッグバン特異点を圧倒する方向に収束すると予想される。 我々の主な結果は、平均曲率がこれらの幾何学的量の適切なソボレフノルムに対して十分に大きく、代数的条件が満たされるならば、曲率の爆発を伴う静止した（振動的ではない）ビッグバン特異点が形成されることを示唆している。 これは、特定のクラスの背景解への近接を必要とせずに、ビッグバン形成の安定した領域を提供する。 Fournodavlos、Rodnianski、Speckによる最近の重要な結果は、代数的条件を満たすアインシュタイン-スカラー場の方程式の空間的に平坦かつ空間的に同質なすべての解に対して、安定したビッグバン形成を示している。 ここでは、特に前述の結果を一般化することで、第三著者によって導入された意味で、特異点におけるデータを誘導する任意の解に対して同様の安定性の結果を得る。 さらに、我々は、空間的に局所的に同質な解の大規模なクラスの将来および過去の両方の大域的非線形安定性を証明することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the interplay between quantum mechanical systems and gravity is a crucial step in uniting these two ideas. In recent works [1-7], the loss of coherence of quantum spatial superpositions is explored in the context of the local and global properties of spacetime. Moreover, Danielson et al [2, 3] showed that this decoherence is directly related to the memory effect, which is a prominent feature of gravitational radiation. We therefore seek to explore how a burst of gravitational radiation from a far-away source can effect the coherence of a quantum superposition. In this paper, we identify the individual contributions to the decoherence from the oscillatory and memory components of the incident gravitational wave, corresponding to hard and soft graviton emissions, respectively. In general, the memory contributions dominate, while the oscillatory component of the decoherence is strongly dependent on the phase of the burst when it is switched off. This work demonstrates how decoherence in quantum systems can arise from interactions with a classical gravitational field. We also briefly comment on the electromagnetic analogue of this effect and discuss its correspondence to the gravitational case. | 量子力学系と重力の相互作用を理解することは、この2つの概念を統合する上で極めて重要なステップです。 最近の研究[1-7]では、量子空間重ね合わせのコヒーレンスの喪失が、時空の局所的および大域的特性との関連で研究されています。 さらに、Danielsonら[2, 3]は、このデコヒーレンスが重力放射の顕著な特徴であるメモリ効果と直接関連していることを示しました。 そこで我々は、遠方の発生源からの重力放射バーストが量子重ね合わせのコヒーレンスにどのように影響するかを探求したいと考えています。 本論文では、入射重力波の振動成分とメモリ成分（それぞれ硬い重力子放射と柔らかい重力子放射に対応）がデコヒーレンスに及ぼす個々の寄与を特定します。 一般に、メモリ成分の寄与が支配的であり、デコヒーレンスの振動成分はバーストがオフになったときの位相に強く依存します。 本研究では、量子系におけるデコヒーレンスが、古典的な重力場との相互作用によってどのように生じるかを実証する。 また、この効果の電磁気学的な類似についても簡単に解説し、重力の場合との対応についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using DESI DR2 baryon acoustic oscillation (BAO) distance measurements and Planck cosmic microwave background distance priors, we have measured the dark energy density $\rho_X(z)$ and dark energy equation of state w_X(z) as free functions of redshift (smoothly interpolated from values at {z_i}={0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 2.33}, and find both to be consistent with a cosmological constant, with only deviations of 1\sigma for $\rho_X(z)$ & ~ 2$\sigma$ for w_X(z) at z=2/3. We also find that measuring {$\rho_X(z_i)$} is preferred to measuring {w_X(z_i)} by model selection using the Akaike Information Criterion (AIC) as well as the Bayesian Information Criterion (BIC). Varying the choice of redshift values of the $\rho_X(z)$ measurements leads to very consistent results, with AIC/BIC slightly favoring the case of our fiducial {z_i} with z=4/3 omitted. We find agreement with a cosmological constant except for the 1-2$\sigma$ deviation at 0.4 < z < 0.9, where DESI DR2 BAO measurements deviate from a cosmological constant at similar statistical significance. Our results differ noticeably from those of the DESI Collaboration, in which they used the same DESI DR2 data combined with Planck data and found a 3.1$\sigma$ deviation from a cosmological constant, which is primarily the consequence of their assuming parametrization w_X(z)=w_0+w_a(1-a). Our results indicate that assuming a linear w_X(z) could be misleading and precludes discovering how dark energy actually varies with time at higher redshifts. In our quest to discover the physical nature of dark energy, the most urgent goal at present is to determine definitively whether dark energy density varies with time. It is of critical importance to measure dark energy density as a free function of redshift from data. Future galaxy redshift surveys by Euclid and Roman at higher redshifts will significantly advance our understanding of dark energy. | DESI DR2バリオン音響振動（BAO）距離測定とプランク宇宙マイクロ波背景放射距離事前分布を用いて、暗黒エネルギー密度$\rho_X(z)$と暗黒エネルギー状態方程式w_X(z)を赤方偏移の自由関数（{z_i}={0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 2.33}の値から滑らかに補間）として測定した結果、どちらも宇宙定数と整合し、z=2/3における$\rho_X(z)$の偏差は1\sigma、w_X(z)の偏差は~2$\sigmaであることがわかりました。 また、赤池情報量基準（AIC）とベイズ情報量基準（BIC）を用いたモデル選択による{w_X(z_i)}の測定よりも、{$\rho_X(z_i)}の測定が優れていることがわかりました。 $\rho_X(z)$ 測定の赤方偏移値の選択を変化させると、非常に一貫した結果が得られ、AIC/BICは、z=4/3を省略した基準{z_i}の場合にわずかに有利になりました。 0.4 < z < 0.9での1-2$\sigma$偏差を除き、宇宙定数と一致することがわかりました。 この領域では、DESI DR2 BAO測定が同様の統計的有意性で宇宙定数からずれています。 私たちの結果は、DESIコラボレーションの結果とは著しく異なります。 彼らは同じDESI DR2データとPlanckデータを組み合わせて、宇宙定数から3.1$\sigma$偏差を見つけましたが、これは主に、パラメータ化w_X(z)=w_0+w_a(1-a)を仮定した結果です。 私たちの結果は、線形w_X(z)を仮定すると誤解を招く可能性があり、ダークエネルギーが実際にどのように機能するかを発見できなくなることを示しています。 高赤方偏移では、ダークエネルギー密度は時間とともに変化します。 ダークエネルギーの物理的性質を解明するための探求において、現在最も緊急の目標は、ダークエネルギー密度が時間とともに変化するかどうかを決定的に決定することです。 データからダークエネルギー密度を赤方偏移の自由関数として測定することは極めて重要です。 ユークリッドとローマンによる高赤方偏移での今後の銀河赤方偏移サーベイは、ダークエネルギーに関する理解を大きく前進させるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The fate of the Universe that initially expands anisotropically in the theory with $R^{2}$ quantum-gravitational term in the Lagrangian is investigated. The stability of Kasner-like expansion, specifically in the class of Kantowski-Sachs spacetimes, is analyzed. Kasner solutions are found to be unstable, with the bifurcation line between the initial conditions that lead to collapsing universes and the ones that set the universe for continuing expansion that becomes isotropic, established analytically. Under suitable conditions, the isotropized spacetime enters the intermediate slow-rolling inflationary stage similar to Starobinsky inflation. | ラグランジアンに量子重力項$R^{2}$を含む理論において、初期に異方的に膨張する宇宙の運命を研究する。 特にカントフスキー＝サックス時空におけるカスナー型膨張の安定性を解析する。 カスナー解は不安定であり、宇宙の崩壊につながる初期条件と、宇宙が等方的になる膨張を続ける初期条件との間の分岐線が解析的に確立されている。 適切な条件下では、等方化された時空はスタロビンスキーインフレーションに類似した、中間的なスローローリングインフレーション段階に入る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose that moments of time arise through the failed emergence of the temporal diffeomorphism as gauge symmetry, and that the passage of time is a continual process of an instantaneous state collapsing toward a gauge-invariant state. Unitarity and directedness of the resulting time evolution are demonstrated for a minisuperspace model of cosmology. | 我々は、時間的微分同相がゲージ対称性としてうまく現れなかった結果、時間の瞬間が生じ、時間の経過は瞬間状態がゲージ不変状態へと崩壊していく連続的な過程であると提唱する。 結果として生じる時間発展のユニタリー性と方向性は、宇宙論のミニ超空間モデルにおいて実証される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Non-Gaussian noise in gravitational-wave detectors, known as "glitches," can bias the inferred parameters of transient signals when they occur nearby in time and frequency. These biases are addressed with a variety of methods that remove or otherwise mitigate the impact of the glitch. Given the computational cost and human effort required for glitch mitigation, we study the conditions under which it is strictly necessary. We consider simulated glitches and gravitational-wave signals in various configurations that probe their proximity both in time and in frequency. We determine that glitches located outside the time-frequency space spanned by the gravitational-wave model prior and with a signal-to-noise ratio, conservatively, below 50 do not impact estimation of the signal parameters. | 重力波検出器における非ガウス性ノイズ（「グリッチ」と呼ばれる）は、時間と周波数の近傍で発生すると、過渡信号の推定パラメータにバイアスを与える可能性があります。 これらのバイアスは、グリッチの影響を除去または軽減する様々な方法で対処されます。 グリッチ軽減に必要な計算コストと人的労力を考慮し、グリッチ軽減が厳密に必要な条件を検討します。 様々な構成におけるシミュレートされたグリッチと重力波信号を検討し、時間的および周波数的近接性を調べます。 重力波モデルの事前分布が張る時間周波数空間の外側に位置し、信号対雑音比が保守的に50未満のグリッチは、信号パラメータの推定に影響を与えないことを決定しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We uncover a universal sector of relativistic fluid dynamics by taking a novel ultrarelativistic limit in which the temperature tends to zero while the flow simultaneously approaches the speed of light. In this regime, hydrodynamics becomes an effective theory of \emph{null matter}, characterised by a preferred null vector, a preferred scale, and their gradients. We show that this theory of null matter constitutes an example of a hydrodynamic theory that can be linearly stable and causal in an arbitrary choice of frame. The framework developed here for null matter can offer insights into ultrarelativistic heavy-ion collisions, astrophysical phenomena with inherently large Lorentz factors, and the dynamics of black hole horizons. | 我々は、温度がゼロに近づくと同時に流れが光速に近づくという新しい超相対論的極限をとることで、相対論的流体力学の普遍的な領域を明らかにする。 この領域では、流体力学は、好ましいヌルベクトル、好ましいスケール、そしてそれらの勾配によって特徴付けられる、\emph{ヌル物質}の有効な理論となる。 我々は、このヌル物質理論が、任意のフレーム選択において線形安定かつ因果関係を持ち得る流体力学理論の一例を構成することを示す。 ここでヌル物質のために構築された枠組みは、超相対論的重イオン衝突、本質的に大きなローレンツ因子を持つ天体物理現象、そしてブラックホールの地平線のダイナミクスへの洞察を提供することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we point out a contradiction between holography and scale-separated AdS (i.e. parametrically large mass gap) in string theory, making the standard assumption that the holographic CFT describes the IR degrees of freedom on a brane that decouple from gravity. We show that the CFT can only decouple from gravity if the scalar potential in the dual AdS satisfies a certain criterion. Namely, there must exist a scalar field trajectory that follows the gradient of the scalar potential to the asymptotic region of the scalar field space in which limit $V\sim m^\alpha$, where $\alpha\leq 2$ is a constant and $m$ is the mass scale of the lightest tower of states. This condition, which implies lack of scale-separation, is satisfied in the standard examples of AdS/CFT. However, proposed attempts at achieving scale separation, such as DGKT, employ scalar potentials that scale as $m^\alpha$ with $\alpha>2$ in the asymptotic region of moduli space. We therefore conclude that the CFT duals of DGKT vacua cannot exist in string theory. Barring fine-tuning, our conclusions apply to other Ricci-flat flux compactifications including the KKLT scenario which relies on scale separation to obtain a metastable de Sitter uplift. | 本研究では、ホログラフィックCFTがブレーン上の重力から分離したIR自由度を記述するという標準的な仮定のもと、弦理論におけるホログラフィックとスケール分離AdS（すなわち、パラメトリックに大きな質量ギャップ）との間の矛盾を指摘する。 双対AdSにおけるスカラーポテンシャルが特定の基準を満たす場合にのみ、CFTは重力から分離できることを示す。 すなわち、スカラー場の軌跡が存在し、その軌跡はスカラー場空間の漸近領域までスカラーポテンシャルの勾配を辿り、その極限$V\sim m^\alpha$（$\alpha\leq 2$は定数、$m$は最軽量タワーオブステートの質量スケール）に達する必要がある。 スケール分離がないことを意味するこの条件は、AdS/CFTの標準的な例において満たされる。 しかし、DGKTなどのスケール分離を達成するための提案された試みは、モジュライ空間の漸近領域において$m^\alpha$（$\alpha>2$）に比例するスカラーポテンシャルを用いている。 したがって、DGKT真空のCFT双対は弦理論には存在できないと結論する。 微調整を除けば、我々の結論は、スケール分離を利用して準安定ド・ジッター隆起を得るKKLTシナリオを含む、他のリッチ平坦磁束コンパクト化にも当てはまる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We point out that ultralight scalar dark matter that modulates neutrino masses can be significantly thermal damped by cosmic neutrinos in the early universe. This dissipative effect arises as a backreaction from the neutrinos which are being driven slightly out of thermal equilibrium by the scalar. We estimate the rate of such thermal damping and explore its phenomenological implications. For a scalar that is produced early, we find that the effect of thermal damping results in a predictable final abundance largely insensitive to its initial condition while circumventing late time limits. This motivates a parameter-space line to target experimentally. | ニュートリノ質量を変調する超軽量スカラー暗黒物質は、初期宇宙において宇宙ニュートリノによって著しく熱減衰する可能性があることを指摘する。 この散逸効果は、スカラーによって熱平衡状態からわずかに外されたニュートリノからの反作用として生じる。 我々はこのような熱減衰の速度を推定し、その現象論的意味合いを探る。 初期に生成されたスカラー物質の場合、熱減衰の効果により、最終存在比は初期状態にほとんど依存せず、後期の時間制限を回避することが分かった。 これは、実験的に目標とするパラメータ空間線を導くものである。 |