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| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Quantum theory is widely regarded as fundamentally indeterministic, yet classical frameworks can also exhibit indeterminism once infinite information is abandoned. At the same time, relativity is usually taken to forbid superluminal signalling, yet Lorentz symmetry formally admits superluminal transformations (SpTs). Dragan and Ekert have argued that SpTs entail indeterminism analogous to the quantum one. Here, we derive a no-go theorem from natural assumptions, which can be interpreted as: superluminal transformations (SpTs) and finite information cannot coexist. Any theory accommodating SpTs must therefore allow unbounded information content, leading to a deterministic ontology akin to that of classical theories formulated over the real numbers. Thus, any apparent indeterminism arising from superluminal transformations reflects only probabilities arising from subjective ignorance, unlike the objective nature of probabilities in quantum theory, indicating that the claimed indeterminacy from superluminal extensions is not quantum. | 量子論は根本的に非決定論的であると広く考えられているが、古典的な枠組みも、無限の情報量を放棄すれば非決定論を示す可能性がある。 同時に、相対論は通常、超光速シグナリングを禁じると考えられているが、ローレンツ対称性は超光速変換（SpT）を正式に認めている。 ドラガンとエケルトは、SpTは量子論と同様の非決定論を伴うと主張した。 本稿では、自然な仮定から禁制定理を導出する。 これは、超光速変換（SpT）と有限情報は共存できないと解釈できる。 したがって、SpTを許容する理論は、無限の情報量を許容する必要があり、実数体上で定式化された古典理論に類似した決定論的オントロジーにつながる。 したがって、超光速変換から生じる見かけ上の不確定性は、量子論における確率の客観的性質とは異なり、主観的な無知から生じる確率のみを反映しており、超光速拡張から生じると主張される不確定性は量子的なものではないことを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Recent cosmological data favour phantom-crossing dark energy, motivating models with non-minimal couplings that induce a fifth force on structure formation. Reconciling these models with local tests often requires strong screening, leading to environment-dependent clustering. We investigate such effects via a late-time structure-induced phase transition driven by a non-minimally coupled scalar field. For this purpose, we introduce norns, a fully relativistic cosmological particle-mesh code that self-consistently evolves a complex scalar field - a generalisation of the symmetron producing global U(1) strings rather than domain walls. Using simulations, we compare string and wall-forming models, quantifying impacts on the matter power spectrum, halo mass function, and defect dynamics. Strong environment-dependent effects can generate significant departures from LCDM in underdense regions while keeping the overall power spectrum changes modest (~ 4-15% at k~0.3-0.5 h Mpc^-1, sub-percent for z > 0.2). We find that an attractive fifth force can locally suppress structure growth in voids while enhancing it in surrounding overdense regions by driving outflows from the voids. These effects leave distinctive signatures in the matter density probability density function and in marked halo power spectra, which are likely detectable in low-redshift data. | 最近の宇宙論データは、ファントム交差ダークエネルギーを支持しており、構造形成に第5の力を誘起する非最小結合モデルを示唆している。 これらのモデルを局所的検証と調和させるには、しばしば強いスクリーニングが必要となり、環境依存のクラスタリングにつながる。 我々は、非最小結合スカラー場によって駆動される後期構造誘起相転移を介して、このような効果を調査する。 この目的のために、我々は完全相対論的宇宙論粒子メッシュコードであるnornsを導入する。 nornsは、自己無撞着に複素スカラー場を発展させる。 これは、ドメインウォールではなくグローバルU(1)ストリングを生成するシンメトロンの一般化である。 シミュレーションを用いて、ストリング形成モデルと壁形成モデルを比較し、物質パワースペクトル、ハロー質量関数、および欠陥ダイナミクスへの影響を定量化する。 環境依存効果が強い場合、低密度領域ではLCDMからの大きな乖離が生じる可能性があるものの、全体的なパワースペクトルの変化は小さく抑えられる（kが約0.3～0.5 h Mpc^-1で約4～15%、zが0.2を超える場合は1%未満）。 第5の引力は、ボイド内の構造成長を局所的に抑制する一方で、周囲の高密度領域ではボイドからの流出を促進することで構造成長を促進することがわかった。 これらの効果は、物質密度確率密度関数と顕著なハローパワースペクトルに特徴的な特徴を残し、低赤方偏移データで検出できる可能性が高い。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We construct a natural and nonperturbative momentum space for quantum field theory on $(d+1)$-dimensional de Sitter (dS) spacetime in the Poincaré slicing, adapted to early Universe cosmology. In particular, we identify the dS frequency as the unitary-representation label of the dS isometry group $\mathrm{SO}(1, d+1)$. By diagonalizing the quadratic Casimir together with spatial translations, we provide a harmonic expansion of operators in what we call the Kontorovitch-Lebedev-Fourier (KLF) space. This momentum space shares many structural properties with its Minkowski counterpart, for instance: equations of motion reduce to algebraic equations, and the quadratic dynamics provides a simple propagator analogous to flat space. We reformulate the perturbative computation of in-in correlators in KLF momentum space, showing from first principles how time integrals turn into frequency-space integrals over meromorphic functions. We show how our construction streamlines computations, naturally accommodates the contributions from principal and complementary series in the Källén-Lehmann spectral decomposition of composite operators, and leads to an inversion formula for the spectral density. | 我々は、ポアンカレ分割における(d+1)次元ド・ジッター(dS)時空上の量子場の理論のための自然かつ非摂動的な運動量空間を構築し、初期宇宙論に適合させる。 特に、dS周波数をdS等長変換群$\mathrm{SO}(1, d+1)$のユニタリ表現ラベルとして同定する。 二次カシミール演算子を空間並進とともに対角化することで、Kontorovitch-Lebedev-Fourier (KLF)空間と呼ばれる空間における演算子の調和展開を与える。 この運動量空間は、ミンコフスキー運動量空間と多くの構造的性質を共有する。 例えば、運動方程式は代数方程式に帰着し、二次力学は平坦空間に類似した単純な伝播関数を与える。 KLF運動量空間におけるin-in相関関数の摂動計算を再定式化し、第一原理から時間積分が有理型関数上の周波数空間積分にどのように変化するかを示します。 この構成が計算を効率化し、合成作用素のケレン＝レーマンスペクトル分解における主級数と補級数の寄与を自然に考慮し、スペクトル密度の逆公式を導くことを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive exact general solutions (as opposed to attractor particular solutions) for the evolution of a scalar field $φ$ in a universe dominated by a background fluid with equation of state parameter $w_B = -1$, extending earlier work on exact solutions with $w_B > -1$. Straightfoward exact solutions exist when the evolution is described by a linear differential equation, corresponding to constant, linear, and quadratic potentials. In the nonlinear case, exact solutions are derived for $V = V_0\ln φ$, $V = V_0 φ^{1/2}$ and $V = V_0/φ$, and the logarithmic potential also yields an exact first integral. These complicated parametric solutions are considerably less useful than those derived previously for a universe dominated by a barotropic fluid such as matter or radiation with $w_B > -1$. However, we generalize the slow-roll approximation and show that it applies to all sufficiently flat potentials in the case of a vacuum-dominated expansion, while it never applies when the universe is dominated by a background fluid with $w_B > -1$. | 我々は、状態方程式パラメータが$w_B = -1$である背景流体が支配的な宇宙におけるスカラー場$φ$の発展について、アトラクター特殊解ではなく正確な一般解を導出し、$w_B > -1$の正確な解に関する以前の研究を拡張する。 発展が定数、線形、および二次ポテンシャルに対応する線形微分方程式で記述される場合、直接的な正確な解が存在する。 非線形の場合、$V = V_0\ln φ$、$V = V_0 φ^{1/2}$、および$V = V_0/φ$に対して正確な解が導出され、対数ポテンシャルからも正確な第一積分が得られる。 これらの複雑なパラメトリック解は、$w_B > -1$の物質や放射線などの順圧流体が支配的な宇宙に対して以前に導出されたものよりもかなり有用性が低い。 しかし、我々はスローロール近似を一般化し、それが真空支配の膨張の場合には十分に平坦なポテンシャルすべてに適用される一方、宇宙が $w_B > -1$ の背景流体によって支配されている場合には決して適用されないことを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Massive spin-2 fields in addition to the standard massless graviton arise naturally in extensions of General Relativity, such as massive bigravity or models with extra dimensions. This work explores the observational signatures of these fields on the propagation of gravitational waves. Adopting a phenomenological framework consistent with such theories, we derive an analytical transfer function in the ultrarelativistic limit and establish detectability bounds. Finally, we provide forecasts for the accessible parameter space using current and future gravitational wave detectors. | 一般相対論の拡張、例えば質量を持つ重重力や余剰次元モデルにおいては、標準的な質量ゼロの重力子に加えて、質量を持つスピン2の場が自然に生じる。 本研究では、これらの場が重力波の伝播に及ぼす観測的特徴を探求する。 これらの理論と整合する現象論的枠組みを用いて、超相対論的極限における解析的伝達関数を導出し、検出限界を確立する。 最後に、現在および将来の重力波検出器を用いて測定可能なパラメータ空間の予測を行う。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves from extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) will enable sub-percent measurements of massive black hole parameters and provide access to the demographics of compact objects in galactic nuclei. During the LISA mission, multiple EMRIs are expected to be detected, allowing statistical studies of massive black hole populations and their formation pathways. We perform hierarchical Bayesian inference on simulated EMRI catalogues to assess how well LISA could constrain the astrophysical population using parametrised population models. We test our inference framework on a variety of populations, including heterogeneous and homogeneous mixtures of parametrised subpopulations, and scenarios in which the assumed model is deliberately misspecified. Our results show that population parameters governing distributions with sharp features can be tightly constrained. Mixed populations can be disentangled with as few as $\sim20$ detections, and even with model misspecification, the inference retains sensitivity to key population features. These results demonstrate the capabilities and limitations of EMRI population inference, providing guidance for constructing realistic astrophysical population models for LISA analysis. | 極端質量比インスパイラル（EMRI）からの重力波は、大質量ブラックホールのパラメータを1%未満の精度で測定し、銀河核内のコンパクト天体の分布を明らかにすることを可能にする。 LISAミッションでは、複数のEMRIが検出されると予想されており、大質量ブラックホールの種族とその形成経路に関する統計的研究が可能になる。 我々は、シミュレートされたEMRIカタログに対して階層的ベイズ推論を行い、LISAがパラメータ化された集団モデルを用いて天体物理学的集団をどの程度適切に制約できるかを評価する。 我々は、パラメータ化されたサブ集団の異種および同種の混合、そして想定モデルが意図的に誤指定されているシナリオなど、様々な集団で推論フレームワークをテストする。 結果は、明確な特徴を持つ分布を支配する集団パラメータを厳密に制約できることを示している。 混合集団はわずか$\sim20$回の検出で分離でき、モデルの誤指定があっても、推論は主要な集団特徴に対する感度を維持する。 これらの結果は、EMRI 個体群推論の能力と限界を示し、LISA 分析のための現実的な天体物理学的個体群モデルを構築するための指針を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the geometry of a tidally deformed, rotating black hole and timelike geodesics in its vicinity. Our framework provides a local picture of the structural evolution of a relativistic restricted three-body problem around a deformed black hole in an adiabatically evolving binary, motivated by various astrophysical settings including disk dynamics and extreme mass-ratio inspirals. As the tidal-field strength is increased, initially regular, bound geodesics undergo four stages: (i) weak chaos emerges within the bound motion; (ii) a subset of trajectories plunges into the black hole; (iii) a fraction of the remaining trajectories becomes unbound; and (iv) no bound trajectories persist. We provide semi-analytic estimates for the critical tidal amplitudes associated with each transition. Our estimates indicate that, within the frequency band of ground-based gravitational-wave detectors, the matter flow around black holes may already be depleted, whereas LISA and (B-)DECIGO could probe the earlier stages. Our results suggest that an object orbiting a tidally deformed massive BH may remain near resonances over a wide range of separations, indicating an accumulated, non-negligible impact on the gravitational-wave phase. Tidal perturbations can also introduce nonlinear couplings among epicyclic oscillations of geodesics, offering a potential avenue to resonant excitation of quasi-periodic oscillations in X-ray light curves from accreting black holes. | 我々は、潮汐力によって変形した回転ブラックホールとその近傍における時間的測地線の形状を調査する。 我々の枠組みは、円盤ダイナミクスや極端な質量比インスパイラルといった様々な天体物理学的設定に基づき、断熱的に進化する連星系における変形ブラックホール周辺の相対論的制限三体問題の構造進化の局所的な描像を提供する。 潮汐力場の強度が増加すると、当初規則的で束縛されていた測地線は4つの段階を経る。 (i) 束縛運動の中に弱いカオスが出現する。 (ii) 軌道の一部がブラックホールに突入する。 (iii) 残りの軌道の一部が束縛解除される。 (iv) 束縛軌道が消滅する。 我々は、各遷移に関連する臨界潮汐振幅の半解析的推定値を提供する。 我々の推定によると、地上設置型重力波検出器の周波数帯域では、ブラックホール周囲の物質流は既に枯渇している可能性があるが、LISAと(B-)DECIGOはそれより初期の段階を探査できる可能性がある。 我々の研究結果は、潮汐力によって変形した大質量ブラックホールを周回する天体は、広範囲の距離にわたって共鳴近傍に留まる可能性があることを示唆しており、重力波の位相に累積的で無視できない影響を及ぼしていることを示している。 潮汐擾乱はまた、測地線の周回軌道振動間に非線形結合をもたらす可能性があり、降着するブラックホールからのX線光度曲線における準周期振動の共鳴励起につながる可能性もある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The space $\mathrm{Inv}(j_1,j_2,j_3,j_4)$ of SU(2)-invariant four-valent tensors, also known as intertwiners, can be understood as the quantum states of a tetrahedron in Euclidean space with fixed areas. In loop quantum gravity, they are states of the smallest "atom of space" with non-zero volume. At the same time they correspond to four-party tensor product states invariant under global rotations. We consider the multipartite entanglement of states in $\mathrm{Inv}(j_1,j_2,j_3,j_4)$ using the recently proposed entropic fill. Numerically evaluating entropic fill in the case of equal spins between $1/2$ and $11$, we find that the distributions of entanglement are very different for intertwiners as compared to generic tensors, and for coherent intertwiners as compared to generic ones. The peak in the distribution seems to be at the highest entanglement for generic intertwiners and at the lowest for generic tensors, but in terms of average entanglement, the roles are switched: average entanglement is highest in arbitrary tensors and lower in intertwiners, at least in the regime of large $j$. We also find that entanglement depends on the geometric data of coherent intertwiners in a complicated way. | SU(2)不変な四価テンソル（インタートワイナーとも呼ばれる）の空間$\mathrm{Inv}(j_1,j_2,j_3,j_4)$は、固定面積のユークリッド空間における正四面体の量子状態として理解できる。 ループ量子重力においては、これらは体積がゼロでない最小の「空間の原子」の状態である。 同時に、これらはグローバル回転に対して不変な四者テンソル積状態に対応する。 我々は、最近提案されたエントロピー充填を用いて、$\mathrm{Inv}(j_1,j_2,j_3,j_4)$における状態の多者間エンタングルメントを考察する。 スピンが$1/2$と$11$の間で等しい場合のエントロピー充填率を数値的に評価すると、インタートワイナーと一般テンソル、そしてコヒーレントインタートワイナーと一般テンソルでは、エンタングルメントの分布が大きく異なることがわかった。 分布のピークは、一般インタートワイナーではエンタングルメントが最も高い位置、一般テンソルではエンタングルメントが最も低い位置にあるように見えるが、平均エンタングルメントに関しては役割が逆転している。 つまり、少なくとも$j$が大きい領域では、平均エンタングルメントは任意のテンソルで最も高く、インタートワイナーでは低くなる。 また、エンタングルメントはコヒーレントインタートワイナーの幾何学的データに複雑に依存することもわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The recent detection of a common-spectrum stochastic signal by multiple pulsar timing array (PTA) collaborations has provided tentative evidence for a nanohertz (nHz) stochastic gravitational-wave background (SGWB). This signal can be widely interpreted as originating from a cosmic population of inspiraling supermassive black hole binaries (SMBHBs). Current PTA analyses primarily constrain the SGWB power spectrum and its auto-angular power spectrum. However, the supermassive black holes will produce an underlying correlation with the large-scale structure of the Universe, which can help in understanding the formation and evolution of the binaries. In this work, we develop a new analysis pipeline PyGxGW-PTA for studying the cross-correlation of nHz GW signal with galaxy surveys ($C^{\rm g\, GW}_\ell$) and obtain the first constraint on the SGWB and galaxy distribution cross-correlation using the NANOGrav 15-year dataset in combination with the DESI galaxy catalog. We find no statistically significant correlation between the SGWB and the large-scale distribution of DESI galaxies and using an optimal estimator we put an upper bound on $C^{\rm g\, GW}_{\ell=8} < 0.0083$ at $95\%$ C.I. This yields the first observational upper limit on the spatial correlation between the nHz SGWB and the large-scale structure of the Universe, establishing the observational groundwork for future multi-tracer analyses that will combine PTA data with next-generation galaxy surveys to unveil the SMBHB-galaxy correlation. | 最近、複数のパルサータイミングアレイ（PTA）共同研究による共通スペクトルの確率的信号が検出され、ナノヘルツ（nHz）の確率的重力波背景放射（SGWB）の暫定的な証拠が得られました。 この信号は、宇宙に存在する超大質量ブラックホール連星（SMBHB）に由来すると広く解釈されています。 現在のPTA解析は、主にSGWBのパワースペクトルとその自己角パワースペクトルに制約を与えています。 しかし、超大質量ブラックホールは宇宙の大規模構造との根本的な相関関係を生み出し、連星の形成と進化の理解に役立つ可能性があります。 本研究では、nHz重力波信号と銀河サーベイ（$C^{\rm g\, GW}_\ell$）の相互相関を研究するための新しい解析パイプラインPyGxGW-PTAを開発し、NANOGrav 15年データセットとDESI銀河カタログを組み合わせることで、SGWBと銀河分布の相互相関に関する最初の制約を得る。 SGWBとDESI銀河の大規模分布の間に統計的に有意な相関は見られず、最適推定値を用いて、$95\%$ C.I.で$C^{\rm g\, GW}_{\ell=8} < 0.0083$の上限を設定した。 これにより、nHz SGWB と宇宙の大規模構造との空間相関に関する最初の観測的上限が得られ、PTA データと次世代銀河調査を組み合わせて SMBHB と銀河の相関関係を明らかにする将来のマルチトレーサー分析の観測的基礎が確立されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this analysis, we investigate the polarization radiation imaging of Kerr-Newman black holes, with a particular focus on the impact of black hole charge on photon propagation and polarization characteristics. By extending the traditional Walker-Penrose method, which is limited by its reliance on specific symmetric structures and Killing tensors, we overcome these limitations by constructing an ordinary differential equations (ODEs) numerical framework that combines the photon orbit equation with the polarization parallel transport equation. This allows for the self-consistent evolution of photon trajectories and polarization states in any spacetime backgrounds without relying on specific symmetries. Using this framework, we analyze the effects of black hole spin and charge on the polarization characteristics of radiation from both prograde and retrograde accretion disks. Our results show that black hole charge can significantly modify photon trajectories and polarization patterns: increasing charge compresses and distorts the EVPA structure on photon-ring scales, inducing localized rotations and asymmetries that may provide a potential diagnostic of a nonzero black hole charge. | 本解析では、カー・ニューマンブラックホールの偏光放射画像化を、特にブラックホール電荷が光子伝播と偏光特性に与える影響に焦点を当てて解析する。 特定の対称構造とキリングテンソルへの依存という制約を持つ従来のウォーカー・ペンローズ法を拡張し、光子軌道方程式と偏光平行輸送方程式を組み合わせた常微分方程式（ODE）数値解析フレームワークを構築することで、これらの制約を克服する。 これにより、特定の対称性に依存することなく、あらゆる時空背景において光子軌道と偏光状態の自己無撞着な発展が可能となる。 このフレームワークを用いて、ブラックホールのスピンと電荷が、順行性降着円盤と逆行性降着円盤の両方からの放射の偏光特性に与える影響を解析する。 私たちの研究結果は、ブラックホールの電荷が光子の軌道と偏光パターンを大きく変える可能性があることを示しています。 電荷が増加すると、光子リングスケールでEVPA構造が圧縮され、歪み、局所的な回転と非対称性が誘発され、ブラックホールの電荷がゼロではないことの潜在的な診断を提供できる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This thesis develops a unified framework that reconstructs the full classical content of General Relativity from the classical limit of quantum scattering amplitudes. By interpreting the analytic structure of amplitudes as the field-theoretic imprint of spacetime geometry, the work establishes a direct correspondence between quantum processes and classical gravitational observables such as metrics, deflection angles, and multipole moments. Starting from the effective-field-theory description of gravity, the thesis shows that loop amplitudes encode not only quantum corrections but also the nonlinear classical self-interaction of the gravitational field, enabling the systematic derivation of the post-Minkowskian expansion of gravitational quantities by rewriting the Einstein equations in terms of graviton scattering processes. Building upon this foundation, the framework is applied to rotating and charged sources in arbitrary spacetime dimensions. A momentum-space formulation of the energy-momentum tensor is then developed, introducing gravitational form factors and source multipoles that link, for the first time, the internal matter distribution to the external multipolar field in a completely relativistic framework. Furthermore, the thesis completes the transition from the microscopic amplitude picture to the macroscopic description of gravitational sources by engineering a multipole-based framework for black hole mimickers, then applied to build horizon-less compact objects mimicking the multipolar structure of Kerr black holes. Finally, exploiting the Kerr-Schild gauge, the Fourier transforms of rotating black hole metrics are computed in closed form, bridging perturbative and non-perturbative descriptions of gravity, and allowing to probe the multipolar structure of higher-dimensional solutions employing scattering amplitudes. | 本論文は、量子散乱振幅の古典的極限から一般相対論の完全な古典的内容を再構築する統一的枠組みを構築する。 振幅の解析的構造を時空幾何学の場の理論的痕跡として解釈することにより、本研究は量子過程と計量、偏向角、多重極モーメントといった古典重力観測量との直接的な対応を確立する。 重力の有効場理論による記述を出発点として、本論文はループ振幅が量子補正だけでなく重力場の非線形古典的自己相互作用も符号化することを示す。 これにより、アインシュタイン方程式を重力子散乱過程を用いて書き換えることで、重力量のポストミンコフスキー展開を系統的に導出することが可能になる。 この基盤の上に、本枠組みは任意の時空次元における回転源および荷電源に適用される。 次に、エネルギー運動量テンソルの運動量空間定式化が開発され、重力形状因子と源多極子が導入され、初めて完全な相対論的枠組みにおいて内部物質分布と外部多極子場が結び付けられる。 さらに、本論文は、ブラックホール模倣体のための多極子ベースの枠組みを設計することにより、重力源の微視的振幅描像から巨視的記述への移行を完了させ、これをカーブラックホールの多極子構造を模倣する地平線のないコンパクト天体の構築に適用する。 最後に、カー・シルトゲージを用いて、回転ブラックホール計量のフーリエ変換を閉形式で計算し、重力の摂動論的記述と非摂動論的記述を橋渡しし、散乱振幅を用いた高次元解の多極子構造の探査を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We examine the role of angular momentum in general relativity from both heuristic and fully covariant perspectives, with the aim of clarifying conceptual ambiguities that arise when Newtonian intuition is extrapolated into the relativistic regime. Focusing on free--fall dynamics in the Schwarzschild and Kerr spacetimes in the test--particle limit, we employ an effective--potential heuristic approach to isolate the roles of the specific energy $E$, specific angular momentum $L$, and black--hole spin $a$. Within this framework, we identify well--defined regions of parameter space in which the Kerr spacetime leads to stronger or weaker local radial infall than the Schwarzschild case at the same radius. By analysing the kinematics of infalling geodesic congruences, we show how these local regimes combine along complete trajectories to either enhance or reduce gravitational focusing. We then interpret these results within a covariant 1+3 description of general relativity, in terms of the expansion, shear and Raychaudhuri evolution of timelike congruences. We demonstrate that black--hole rotation systematically modifies the shear of infalling irrotational flows, even when the magnitude of the local expansion is reduced, and that this shear modulation governs the overall rate of focusing. Our work complements previous studies of relativistic infall by providing a unified energetic and geometric interpretation of how angular momentum and rotation can strengthen or weaken gravitational collapse relative to the non--rotating case. | 一般相対論における角運動量の役割を、ヒューリスティックな観点と完全共変な観点の両方から考察し、ニュートン的直観を相対論的領域に外挿する際に生じる概念的曖昧さを明らかにすることを目指す。 テスト粒子極限におけるシュワルツシルト時空とカー時空における自由落下ダイナミクスに着目し、有効ポテンシャルヒューリスティックアプローチを用いて、比エネルギー $E$、比角運動量 $L$、ブラックホールスピン $a$ の役割を分離する。 この枠組みの中で、カー時空が同じ半径においてシュワルツシルト時空の場合よりも強い、あるいは弱い局所的放射状落下をもたらす、明確に定義されたパラメータ空間領域を特定する。 落下する測地線合同の運動学を解析することで、これらの局所領域が完全な軌道に沿ってどのように組み合わさり、重力による集束を強めたり弱めたりするかを示す。 次に、これらの結果を一般相対論の共変1+3記述、すなわち膨張、シア、そして時間的合同性のレイチャウドゥリ発展の観点から解釈する。 ブラックホールの回転は、局所的な膨張の規模が縮小した場合でも、落下する非回転流のシアを系統的に変化させ、このシアの変調が全体的な集束速度を支配していることを示す。 本研究は、角運動量と回転が非回転の場合と比較して重力崩壊をどのように強めたり弱めたりできるかについて、統一的なエネルギー論的・幾何学的解釈を提供することで、相対論的落下に関するこれまでの研究を補完するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate that symmetry need not be restored in the Pati-Salam model, so that $SU(2)_L\otimes SU(2)_R\otimes SU(4)_c$ remains broken to the Standard Model group at temperatures above the Pati-Salam symmetry breaking scale. Including the leading finite-temperature corrections, suitable quartic couplings prevent a restoration transition, thereby avoiding the thermal production of 't Hooft-Polyakov monopoles after inflation, even if the reheating temperature is very high. This removes monopole-based constraints on the Pati-Salam symmetry breaking scale. | パティ・サラム模型では対称性を回復する必要がないことを実証する。 そのため、パティ・サラム対称性の破れスケールを超える温度でも、$SU(2)_L\otimes SU(2)_R\otimes SU(4)_c$ は標準模型群に対して破れたままである。 主要な有限温度補正を含め、適切な四次結合は回復遷移を防ぎ、インフレーション後のトフーフト・ポリャコフ・モノポールの熱的生成を、たとえ再加熱温度が非常に高くても回避する。 これにより、パティ・サラム対称性の破れスケールに対するモノポールに基づく制約が排除される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the detectability of post-Newtonian higher harmonics from Galactic double white dwarfs in the centihertz band ($\sim 0.01$ Hz). Using a synthetic population, we show that, unlike the quadrupole mode, higher harmonics remain undetectable with LISA except for rare nearby systems. In contrast, planned mid-band (decihertz) observatories such as DECIGO and BBO will be able to detect the third harmonic for about 10\% of inspiral binaries above $\sim 5$ mHz, enabling statistical constraints on mass ratios. These results highlight the successive roles of LISA and future decihertz missions in establishing a coherent strategy for space-based gravitational-wave astronomy. | 銀河系二重白色矮星からのポストニュートン高調波の検出可能性をセンチヘルツ帯（$\sim 0.01$ Hz）で調査した。 合成種族を用いて、四重極モードとは異なり、高調波は稀な近傍系を除いてLISAでは検出できないことを示した。 一方、DECIGOやBBOといった計画中の中帯域（デシヘルツ）観測所は、$\sim 5$ mHzを超えるインスパイラル連星の約10%で第三高調波を検出できると予想されており、質量比の統計的制約が可能になる。 これらの結果は、LISAと将来のデシヘルツミッションが、宇宙重力波天文学の一貫した戦略を確立する上で、今後果たす役割を強調するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Theoretical models predict that the Galaxy hosts $10^8$-$10^9$ black holes formed from the complete gravitational collapse of heavy stars and that most of these black holes are isolated, without any companion. Within 15 pc of the Solar System ($\sim 50$ ly), there may be a few black holes. If located inside one of the Local Interstellar Clouds - which occupy 5-20% of this local volume - an isolated black hole could produce detectable electromagnetic emission via accretion from the interstellar medium, given the capabilities of current or near-future observatories. However, precise predictions remain challenging due to large uncertainties in the expected accretion spectra. Outside these clouds, the accretion rate would be too low in any standard model to yield a detectable electromagnetic signal. While astrometric detection via gravitational perturbation of nearby stars is conceivable, the local stellar density is too low for this method to be realistically successful. We have searched the Gaia DR3 catalog for candidate isolated black holes accreting from the interstellar medium and identified five sources. All candidates lie close to the Galactic plane, making them likely spurious astrometric solutions, for instance caused by unmodelled background sources (crowding) and/or unmodelled binarity; nevertheless, they cannot be definitively ruled out without follow-up observations. | 理論モデルによれば、銀河系には重い恒星の完全な重力崩壊によって形成された10の8乗～10の9乗個のブラックホールが存在し、これらのブラックホールのほとんどは伴星を持たない孤立したブラックホールであると予測されている。 太陽系から15パーセク（約50光年）以内には、少数のブラックホールが存在する可能性がある。 この局所的な体積の5～20%を占める局所星間雲の内部に位置する孤立したブラックホールは、現在または近い将来の観測所の能力を考慮すれば、星間物質からの降着によって検出可能な電磁放射を生成する可能性がある。 しかし、予想される降着スペクトルには大きな不確実性があるため、正確な予測は依然として困難である。 これらの雲の外側では、どの標準モデルにおいても降着率が低すぎるため、検出可能な電磁信号を生成することはできない。 近傍の恒星の重力摂動による天体測定による検出は考えられるが、局所的な恒星密度が低すぎるため、この方法は現実的に成功しない。 我々は、星間物質から集積する孤立ブラックホール候補をGaia DR3カタログから探査し、5つのブラックホール源を特定しました。 これらの候補はいずれも銀河面に近いため、例えばモデル化されていない背景源（密集）や連星性などによって生じた、誤った天文解である可能性が高いと考えられます。 しかしながら、その後の観測なしには、これらの候補を完全に排除することはできません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Ghost inflation is a well-known framework in which cosmological fluctuations can generate enhanced primordial non-Gaussianity, typically of the equilateral type. In its original form, however, it is in tension with current observational constraints. Here we instead consider a setup in which a standard inflaton drives the background evolution, while excitations of a ghost condensate act as spectator fields that interact with the inflaton. This proposal fits naturally within the cosmological collider program: the exchanged particle has a modified dispersion relation, $ω\propto k^2$. We show that this ghost-inspired dynamics weakens the usual Boltzmann suppression, similarly to models with a very small effective sound speed, yielding an enhanced bispectrum signal relative to standard cosmological collider scenarios. At the same time, the horizon-crossing scale remains a free parameter of the theory. As a result, the model shares features of both the de Sitter bootstrap and boostless frameworks. Finally, we derive the differential equations governing cosmological correlators in the ghost-collider setup. Their structure reflects the quadratic momentum dependence of the dispersion relation and distinguishes this scenario from conventional relativistic cases. | ゴーストインフレーションは、宇宙論的揺らぎが典型的には正三角形状の原始的非ガウス性を増強する、よく知られた枠組みである。 しかしながら、その本来の形態は、現在の観測的制約と矛盾する。 本稿では、標準的なインフレーションが背景進化を駆動し、ゴースト凝縮体の励起がインフレーションと相互作用する傍観場として作用する設定を検討する。 この提案は、宇宙論的衝突型加速器計画に自然に適合する。 交換粒子は修正された分散関係 $ω\propto k^2$ を持つ。 このゴーストに着想を得たダイナミクスは、実効音速が非常に小さいモデルと同様に、通常のボルツマン抑制を弱め、標準的な宇宙論的衝突型加速器シナリオと比較してバイスペクトル信号を強化することを示す。 同時に、地平線横断スケールは理論の自由パラメータとして保持される。 結果として、このモデルはド・ジッター・ブートストラップとブーストレス枠組みの両方の特徴を共有する。 最後に、ゴーストコライダーシステムにおける宇宙論的相関関数を支配する微分方程式を導出する。 その構造は分散関係の運動量依存性の2乗を反映しており、このシナリオを従来の相対論的ケースと区別する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In quantum field theory, entanglement entropy under spatial bipartitioning serves as a powerful information-theoretic probe of quantum correlations. In this work, we present the first comprehensive numerical study of the dynamical evolution and geometric scaling of entanglement entropy in a nonperturbative, strong-field QED setting -- specifically, in the context of the Sauter-Schwinger effect. While the weak-field regime is dominated by area-law states, we show that the entanglement entropy undergoes a transition from area-law to a volume-law scaling for certain strong-field regimes in the pulse-profile parameter space -- signaling a fundamental shift in the underlying correlation structure induced by nonperturbative pair production. For intermediate regimes, the scaling is a power-law that interpolates between area- and volume-law behavior. Finally, we provide interpretations based on the behavior of the low-energy pair-creation spectrum and discuss how these insights could inform future investigations of related phenomena. | 量子場理論において、空間二分割下のエンタングルメントエントロピーは、量子相関の強力な情報理論的プローブとして機能する。 本研究では、非摂動的な強場QED設定、具体的にはザウター・シュウィンガー効果の文脈において、エンタングルメントエントロピーの動的発展と幾何学的スケーリングに関する初の包括的な数値研究を提示する。 弱場領域では面積則状態が支配的であるが、パルスプロファイルパラメータ空間における特定の強場領域では、エンタングルメントエントロピーが面積則から体積則へと遷移することを示す。 これは、非摂動的な対生成によって引き起こされる、基礎となる相関構造の根本的な変化を示唆している。 中間領域では、スケーリングは面積則と体積則の挙動を補間するべき乗則となる。 最後に、低エネルギー対生成スペクトルの挙動に基づく解釈を示し、これらの知見が関連現象の将来の研究にどのように役立つかについて考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Assuming all three known neutrinos are Dirac fermions, $U(1)_{B-L}$ can be an exact symmetry. We show that, if the condition of charge quantization is relaxed, the anomaly-free $B-L$ charges of two out of three right-handed neutrinos can be enhanced by arbitrarily large factors, while all other fermions retain their canonical charges. We call this setup as `enhanced $B-L$ symmetry' and promote it to be local. As long as this enhanced $B-L$ gauge symmetry remains unbroken, neutrinos stay chiral and massless at low energies. Nonzero neutrino masses then require sub-eV-scale symmetry breaking order parameters, which we associate with gravity-induced neutrino condensate. If the enhancement is large and the $B-L$ gauge boson $A'$ is lighter than the heaviest neutrino, then the neutrino decay into $A'$ directly constrains the gauge coupling, which can be significantly stronger than the baryon-based fifth-force tests. Through kinetic mixing with the photon, $A'$ can also mediate neutrino-electron and coherent neutrino-nucleus scatterings, leading to possible signatures in neutrino observatories and dark matter detectors. | 既知のニュートリノ3種すべてがディラックフェルミオンであると仮定すると、$U(1)_{B-L}$は正確な対称性を持つ。 電荷量子化の条件を緩和すれば、3種の右巻きニュートリノのうち2種の異常のない$B-L$電荷を任意の大きさの係数で増強できるが、他のすべてのフェルミオンは標準電荷を保持することを示す。 この設定を「増強$B-L$対称性」と呼び、局所的であるとする。 この増強$B-L$ゲージ対称性が破れない限り、ニュートリノは低エネルギーにおいてカイラルかつ質量ゼロの状態を維持する。 したがって、ニュートリノ質量がゼロでない場合、サブeVスケールの対称性の破れの秩序パラメータが必要となり、これは重力誘起ニュートリノ凝縮と関連付けられる。 増強が大きく、$B-L$ゲージボソン$A'$が最も重いニュートリノよりも軽い場合、ニュートリノの$A'$への崩壊はゲージ結合を直接的に制約し、その結合は重粒子に基づく第五の力のテストよりもはるかに強くなる可能性があります。 光子との運動学的混合を通じて、$A'$はニュートリノ-電子散乱やコヒーレントニュートリノ-原子核散乱を媒介する可能性があり、ニュートリノ観測所や暗黒物質検出器におけるシグネチャーとなる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Discretely self-similar solutions govern critical gravitational collapse and have been known only numerically since Choptuik's pioneering work. We construct, in closed analytic form, an infinite family of such solutions of the Einstein-massless-Klein-Gordon system using the large-D expansion. We characterize their structure and compare them with numerical critical solutions at finite D, identifying both universal features and distinctly large-D behavior. | 離散的自己相似解は重力の臨界崩壊を支配するが、チョプトゥイクの先駆的な研究以来、数値的にのみ知られていた。 我々は、大次元展開を用いて、アインシュタイン-質量ゼロ-クライン-ゴルドン系のそのような解の無限族を解析的に閉じた形で構築する。 その構造を特徴づけ、有限次元における数値的臨界解と比較することで、普遍的な特徴と明確に大次元に特徴的な挙動の両方を明らかにする。 |