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| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| It is commonly assumed that the mass of dark matter particles cannot be determined from their gravitational effects when dark matter behaves as collisionless matter. Here we show that extreme-mass-ratio inspirals observable by millihertz gravitational-wave observatories such as the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) could measure the mass of ultralight dark matter particles in sufficiently dense dark matter spikes. The separation of scales between the two black holes allows ultralight dark matter to form a collisionless density spike around the massive primary while retaining wave effects in its interaction with the stellar-mass companion. We incorporate wave-dependent accretion and dynamical friction into relativistic inspiral waveforms and jointly infer the dark matter particle mass, spike normalisation and binary parameters from simulated LISA signals. For massive black holes at the low-mass end of the LISA population ($M\sim 10^5 M_\odot$), our forecasts show that particle masses spanning $10^{-14}-10^{-11}\,\mathrm{eV}$ could be measured to within an order of magnitude. | 暗黒物質が衝突のない物質として振る舞う場合、暗黒物質粒子の質量は重力の影響から決定できないと一般的に考えられています。 本稿では、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）などのミリヘルツ重力波観測所で観測可能な極端質量比の合体現象によって、十分に密度の高い暗黒物質スパイク内の超軽量暗黒物質粒子の質量を測定できることを示します。 2つのブラックホールのスケールの分離により、超軽量暗黒物質は質量のある主星の周りに衝突のない密度スパイクを形成し、恒星質量の伴星との相互作用において波動効果を保持することができます。 我々は、波動依存降着と動的摩擦を相対論的合体波形に組み込み、シミュレーションされたLISA信号から暗黒物質粒子の質量、スパイクの正規化、および連星パラメータを同時に推定します。 LISAの観測対象である低質量側の巨大ブラックホール（$M\sim 10^5 M_\odot$）については、10^{-14}-10^{-11}\,\mathrm{eV}$の範囲の粒子質量を1桁以内の精度で測定できると予測しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The high-mass black hole population inferred from ground-based observations can substantially affect the number of binaries detectable by the Laser Interferometer Space Antenna (LISA). We use population constraints based on data from the latest LIGO/Virgo/KAGRA Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC-5.0), as well as constraints from the O3 search for intermediate-mass black hole binaries, to forecast the number and masses of binary black holes detectable by LISA. Using the released GWTC-5.0 population posterior, we obtain $6.6^{+5.5}_{-2.2}$ expected detections with signal-to-noise ratio $>8$ in 4 years (median and $90\%$ credible interval). The alternative population models we consider use a broken power law with two or three Gaussian peaks for either the primary-mass distribution or a common mass distribution for both black holes. For the three-peak model with the common mass distribution, extrapolating from $300$ to $1000M_\odot$ roughly doubles the median expected number of LISA detections to $\sim14$. The upper end of its $90\%$ credible interval rises from tens to thousands of expected detections, although approximations may limit the reliability of the most extreme counts. For the reference GWTC-5.0 population, $39^{+22}_{-11}\%$ of the binaries detectable by LISA merge during the mission or within $10$ years after its end and are potential multiband sources. Essentially all of these mergers would be detectable by a reference Cosmic Explorer configuration if it is operating at merger. Ground-based measurements of the high-mass population can therefore inform both LISA forecasts and the prospects for observing the same binaries through inspiral and merger. | 地上観測から推測される大質量ブラックホールの集団は、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）で検出可能な連星の数に大きく影響する可能性がある。 我々は、最新のLIGO/Virgo/KAGRA重力波過渡現象カタログ（GWTC-5.0）のデータに基づく集団制約と、中間質量ブラックホール連星のO3探索からの制約を用いて、LISAで検出可能な連星ブラックホールの数と質量を予測する。 公開されたGWTC-5.0の集団事後分布を用いると、4年間で信号対雑音比が8を超える検出数が6.6^{+5.5}_{-2.2}$個と予想される（中央値と90%信頼区間）。 我々が検討する代替集団モデルでは、主質量分布または両方のブラックホールの共通質量分布のいずれかに、2つまたは3つのガウスピークを持つ折れ線べき乗則を用いる。 共通質量分布を持つ3つのピークを持つモデルの場合、$300$から$1000M_\odot$まで外挿すると、LISAで検出されると予想される中央値は約2倍の$\sim14$になります。 その$90\%信頼区間の上限は、予想される検出数が数十から数千に上昇しますが、近似によって最も極端なカウントの信頼性が制限される可能性があります。 参照GWTC-5.0集団の場合、LISAで検出可能な連星の$39^{+22}_{-11}\%$は、ミッション中またはミッション終了後10年以内に合体し、潜在的なマルチバンドソースです。 基本的に、これらの合体はすべて、合体時に動作している参照Cosmic Explorer構成で検出可能です。 したがって、高質量集団の地上測定は、LISAの予測と、同じ連星を合体まで観測できる見込みの両方に役立ちます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate how deviations from the Schwarzschild geometry affect the motion of massive test particles and the gravitational radiation associated with their periodic trajectories around a new improved Schwarzschild black hole. Periodic configurations are determined by examining the commensurability of the radial and azimuthal orbital frequencies. For representative trajectories, we numerically reconstruct the particle motion and calculate corresponding gravitational wave polarizations using the symmetric trace-free mass-quadrupole approach. By comparing these signals with their Schwarzschild counterparts, we assess how the modified spacetime geometry is encoded in the radiation. Our analysis shows that the parameters $ξ$ and $γ$ produce modest changes in the orbital configurations and their associated waveforms, providing a means of investigating the dynamical signatures of this BH model. | 本研究では、シュワルツシルト幾何学からのずれが、質量のある試験粒子の運動と、改良された新しいシュワルツシルトブラックホールの周りの周期的な軌道に伴う重力波放射にどのように影響するかを調査する。 周期的な配置は、半径方向と方位角方向の軌道周波数の整合性を調べることによって決定される。 代表的な軌道について、対称トレースフリー質量四重極アプローチを用いて粒子の運動を数値的に再構築し、対応する重力波偏光を計算する。 これらの信号をシュワルツシルトブラックホールの信号と比較することで、修正された時空幾何学が放射にどのように符号化されているかを評価する。 我々の分析によると、パラメータ$ξ$と$γ$は軌道配置とそれに伴う波形にわずかな変化をもたらし、このブラックホールモデルの力学的特徴を調査する手段を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rotating black holes offer powerful probes of gravity, but constructing their geometries beyond vacuum general relativity remains challenging. Here we develop a unified framework for constructing stationary, axisymmetric deformations of Kerr from their tidal curvature and physical sources. As a demonstration, we obtain closed-form solutions for six higher-curvature interactions at leading order in the couplings and for generic subextremal spin, without slow-rotation expansions, numerical fitting, or mode decomposition. The solutions pass stringent checks against the field equations, previous mode-by-mode constructions, and known analytic predictions for horizon quantities. We find that the chirality of the interactions organizes the analytic structure of these solutions, a pattern that likely extends to a large class of purely metric higher-curvature theories. Our framework opens a systematic route to black-hole geometries in beyond-Einstein theories and perturbative astrophysical environments. These geometries provide a foundation for strong-field tests with gravitational waves and other observational channels, such as black-hole images and X-ray spectroscopy, as well as theoretical studies of near-extremal black holes. | 回転するブラックホールは重力の強力な探査手段となるが、真空一般相対性理論を超えたブラックホールの幾何学構造を構築することは依然として困難である。 本稿では、潮汐曲率と物理的源泉から、カーの定常軸対称変形を構築するための統一的な枠組みを開発する。 実証として、低速回転展開、数値フィッティング、モード分解を用いずに、結合定数の主要項と一般的な準極限スピンに対して、6つの高曲率相互作用の閉形式解を得る。 これらの解は、場の方程式、これまでのモードごとの構築、および事象の地平線量に関する既知の解析的予測に対して厳密な検証に合格する。 相互作用のカイラリティがこれらの解の解析的構造を組織化していることがわかった。 このパターンは、純粋に計量的な高曲率理論の大きなクラスにまで拡張される可能性が高い。 本稿の枠組みは、アインシュタイン理論を超える理論や摂動的な天体物理学的環境におけるブラックホールの幾何学構造への体系的な道を開くものである。 これらの幾何学的構造は、重力波を用いた強磁場実験や、ブラックホール画像、X線分光法などの他の観測チャネル、さらには極限に近いブラックホールの理論的研究の基礎となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study scalar and electromagnetic perturbations of a Schwarzschild black hole (BH) surrounded by a dark matter halo described by the King density profile. The lapse function can be expressed as $1-2[M+M_{\rm DM}(r)]/r$, where $M_{\rm DM}(r)$ is the halo mass enclosed within radius $r$; thus, the halo affects the geometry through its enclosed-mass function. We compute the quasinormal frequencies using the sixth-order WKB method and its Padé-improved version. Rewriting the lapse function in terms of the inverse hyperbolic sine avoids the severe numerical cancellations that arise when evaluating its high-order derivatives. For the configurations examined, the fundamental frequencies agree with those extracted from time-domain evolution to within $0.2\%$.The halo lowers both the oscillation frequency and the damping rate. The change of the real part is almost entirely accounted for by the halo mass enclosed by the photon sphere, and the additional decrease of the damping rate follows the ratio of the Lyapunov exponent to the angular frequency of the circular null orbit. Since part of the halo lies inside the horizon in this metric, we also place the halo outside the BH by means of an Einstein cluster. The frequencies then decrease by a similar amount, but the real part follows the Schwarzschild value multiplied by the gravitational redshift factor of the halo. A jump in the density at the inner edge of the halo scatters the waves and changes the damping rate by up to about $9\%$. For a continuous density profile, deviations from the redshift relation remain below about $1.5\%$ for $r_{\rm in}=3M$ and below about $0.5\%$ for the cases with $r_{\rm in}\geq4M$. No unstable modes are found within the perturbation sectors and parameter configurations examined. | 我々は、キング密度プロファイルで記述されるダークマターハローに囲まれたシュワルツシルトブラックホール（BH）のスカラー摂動と電磁摂動を研究する。 ラプス関数は、$1-2[M+M_{\rm DM}(r)]/r$ と表すことができ、$M_{\rm DM}(r)$ は半径 $r$ 内に閉じ込められたハロー質量である。 したがって、ハローは、その閉じ込め質量関数を介して幾何学に影響を与える。 我々は、6 次 WKB 法とその Padé 改良版を使用して準正規周波数を計算する。 ラプス関数を逆双曲線正弦で書き直すと、その高階微分を評価するときに発生する深刻な数値相殺が回避される。 調べた構成では、基本周波数は時間領域発展から抽出されたものと $0.2\%$ 以内で一致する。 ハローは、振動周波数と減衰率の両方を低下させる。 実部の変化は、光子球に囲まれたハロー質量によってほぼ完全に説明され、減衰率のさらなる減少は、リアプノフ指数と円軌道ヌルの角周波数の比に従います。 この計量ではハローの一部が地平線の内側にあるため、アインシュタインクラスターを使用してハローをブラックホールの外側にも配置します。 周波数は同様の量だけ減少しますが、実部はシュワルツシルト値にハローの重力赤方偏移係数を掛けたものに従います。 ハローの内縁での密度のジャンプは波を散乱させ、減衰率を最大で約 $9\%$ 変化させます。 連続的な密度プロファイルの場合、赤方偏移関係からのずれは、$r_{\rm in}=3M$ の場合は約 $1.5\%$ 未満、$r_{\rm in}\geq4M$ の場合は約 $0.5\%$ 未満にとどまります。 調査した摂動領域およびパラメータ構成内には、不安定モードは検出されなかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Exact normalizable solutions of quantum constraints form a symplectic submanifold of the space of rays, whereas classical first-class constraints define a surface on which the symplectic form is degenerate. We ask how the degenerate directions can be recovered when quantum theory is regarded as fundamental and the constraints are imposed through a single positive master operator. For a nonnegative master function whose zero set is a Morse--Bott critical manifold, the image of the linearized Hamiltonian vector field is the symplectic orthogonal of the zero set, and coisotropy is equivalent to this linearization having square zero. The image is fixed by the zero set, but the theorem identifies it with the response of the master dynamics, which makes it accessible to quantum states. Three realizations follow. The exact quantum physical space is the opposite, rotational case of the same dichotomy. For quadratic masters, the bottom of the spectrum is $(\hbar/2)\Tr_+L$, so first-class zero sets carry no offset of order $\hbar$; within the harmonic approximation this explains the $\hbar$ versus $\hbar^2$ offsets observed in tests of the master-constraint programme. Finally, the second time derivative of the limiting covariance of a semiclassical packet, which can be determined by bounded probes, has the gauge distribution as its image. Two oscillators at fixed total energy give exact master evolution, an exact realization of this covariance shear, and the reduced symplectic limit. For the non-Abelian SL(2,$\R$) model we compute the coherent and Weyl master symbols, prove essential self-adjointness and a finite-time propagation estimate, and derive the spectral bottom $\hbar^2/2$. | 量子制約の厳密な正規化可能な解は、光線の空間のシンプレクティック部分多様体を形成するが、古典的な第一種制約は、シンプレクティック形式が縮退する面を定義する。 量子論が基本的であるとみなされ、制約が単一の正のマスター演算子によって課される場合、縮退した方向がどのように回復されるかを問う。 零集合がモース・ボット臨界多様体である非負のマスター関数の場合、線形化されたハミルトニアンベクトル場の像は零集合のシンプレクティック直交であり、共等方性は、この線形化が二乗零を持つことと同等である。 像は零集合によって固定されるが、定理はそれをマスターダイナミクスの応答と同一視し、量子状態にアクセス可能にする。 3つの実現が続く。 厳密な量子物理空間は、同じ二分法の反対の回転ケースである。 2次マスターの場合、スペクトルの底は $(\hbar/2)\Tr_+L$ なので、1 級ゼロ集合は $\hbar$ のオフセットを持ちません。 調和近似内では、これはマスター制約プログラムのテストで観測される $\hbar$ 対 $\hbar^2$ のオフセットを説明します。 最後に、有界プローブによって決定できる半古典パケットの極限共分散の 2 階時間微分は、ゲージ分布をそのイメージとして持ちます。 固定された全エネルギーの 2 つの振動子は、正確なマスター進化、この共分散せん断の正確な実現、および縮小されたシンプレクティック極限を与えます。 非アーベル SL(2,$\R$) モデルについては、コヒーレントおよびワイルマスターシンボルを計算し、本質的な自己共役性と有限時間伝播評価を証明し、スペクトル底 $\hbar^2/2$ を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The nuclear equation of state shapes both the structure of rapidly rotating neutron stars and the orbital motion in their surrounding spacetime. Its uncertainty affects the mass and radius at which the innermost stable circular orbit reaches the stellar surface, a condition that defines the transition between disks whose inner edge is set by the surface and those truncated by orbital instability. We quantify how measurements of the electric dipole polarizability of neutron-rich nuclei reduce the uncertainty in this transition and in the orbital properties at the disk inner edge. We compute uniformly rotating neutron stars in general relativity for a family of equations of state that systematically vary the symmetry energy, derived from relativistic energy density functionals with density-dependent point-coupling interactions. We compare the results for the full family with those for the subset consistent with the measured dipole polarizabilities of finite nuclei. The dipole polarizability constraint reduces the spread in transition mass and equatorial radius by factors of about seven to ten across the spin frequencies considered. Along this transition, it also confines the orbital frequency at the disk inner edge to a band narrower than $20$~Hz at each spin. Combined with a measured neutron-star spin, a kilohertz quasi-periodic oscillation interpreted as disk orbital motion further restricts the mass--radius region, allowing an independent mass estimate to probe the symmetry-energy constraint. The dipole response of finite nuclei thus informs both the structure of rotating neutron stars and the orbital properties of their inner accretion disks. | 原子核の状態方程式は、高速回転する中性子星の構造と、その周囲の時空における軌道運動の両方を決定づけます。 その不確実性は、最も内側の安定な円軌道が恒星表面に到達する質量と半径に影響を与え、この条件は、内縁が表面によって決まる円盤と、軌道不安定性によって切り詰められた円盤との間の遷移を定義します。 我々は、中性子過剰原子核の電気双極子分極率の測定が、この遷移と円盤内縁における軌道特性の不確実性をどのように低減するかを定量化します。 我々は、密度依存の点結合相互作用を持つ相対論的エネルギー密度汎関数から導出された、対称エネルギーを系統的に変化させる一連の状態方程式を用いて、一般相対性理論における一様に回転する中性子星を計算します。 我々は、この一連の状態方程式全体の結果を、有限原子核の測定された双極子分極率と整合する部分集合の結果と比較します。 双極子分極率の制約により、考慮されるスピン周波数全体にわたって、遷移質量と赤道半径のばらつきが約7～10分の1に減少します。 この遷移に沿って、円盤内縁の軌道周波数も各スピンで20Hz未満の狭い帯域に制限されます。 測定された中性子星のスピンと組み合わせると、円盤の軌道運動として解釈されるキロヘルツの準周期振動が質量-半径領域をさらに制限し、対称エネルギー制約を検証するための独立した質量推定が可能になります。 このように、有限核の双極子応答は、回転する中性子星の構造と、その内側の降着円盤の軌道特性の両方に関する情報を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate single-field inflation models that can produce large curvature perturbations at sub-Mpc scales while remaining consistent with cosmological observations across multiple regimes. We highlight the tension between generating enhanced small-scale perturbations and maintaining agreement with the scalar spectral index $n_s$ measured by ACT and SPT, which disfavors several conventional single-field inflation models. To address this issue, we propose three viable classes of inflationary potentials: bump/dip-modified, step-like, and double-inflection-point. Each can sufficiently amplify primordial perturbations while predicting $n_s$ that lie within the $2σ$ range of current observational bounds. In addition, we examine the primordial power spectra predicted by these models and constrain their parameter spaces using cosmological observations at different scales, including CMB, BAO, PBH, PTA, and CMB-distortion. Our results show that some of the models considered can simultaneously satisfy the ACT/SPT constraints and account for the current PTA observations, although doing so while respecting the constraints on the PBH abundance remains challenging. | 本研究では、複数の領域にわたる宇宙論的観測と整合性を保ちつつ、サブ Mpc スケールで大きな曲率摂動を生成できる単一場インフレーション モデルを調査します。 特に、ACT および SPT で測定されたスカラー スペクトル指数 $n_s$ との整合性を維持しながら、小規模な摂動を増強することとの間の緊張関係を強調します。 この緊張関係は、従来の単一場インフレーション モデルのいくつかを不利にしています。 この問題に対処するため、インフレーション ポテンシャルの 3 つの実行可能なクラス、すなわち、バンプ/ディップ修正型、ステップ型、および二重変曲点型を提案します。 それぞれが、現在の観測的制約の $2σ$ 範囲内にある $n_s$ を予測しながら、原始摂動を十分に増幅することができます。 さらに、これらのモデルによって予測される原始パワー スペクトルを調べ、CMB、BAO、PBH、PTA、CMB 歪みなどの異なるスケールでの宇宙論的観測を使用して、そのパラメータ空間を制約します。 我々の結果は、検討したモデルの中には、ACT/SPTの制約を同時に満たし、現在のPTA観測結果を説明できるものがあることを示していますが、PBHの存在量に関する制約を尊重しながらそれを行うことは依然として困難です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the geodesic dynamics and tidal force effects in neutral and electrically charged regular spacetimes inspired by T-duality. We first analyze the geometric properties of these solutions, including their regular central structure and horizon configurations, and show how the interplay between the T-duality scale $\ell_0$ and the electric charge $Q$ determines the transition between black hole and horizonless geometries. We then study the motion of massive and massless particles through the corresponding effective potentials, examining the existence and stability of circular orbits and the behavior of their characteristic radii. We further investigate the tidal forces experienced by observers in radial free fall, focusing on the behavior of the radial and angular components, their extrema and sign changes, and the location of these characteristic points relative to the horizon structure of the geometry. We show that the T-duality regularization renders the tidal forces finite in the central region and gives rise to different stretching and compression regimes, including a region of simultaneous compression in both the radial and angular directions, while the electric charge modifies the strength and location of these tidal features. Finally, we analyze the evolution of the geodesic deviation vector for two sets of initial conditions. We find that both the T-duality scale and the electric charge tend to suppress the accumulated radial stretching, whereas the angular deformation is considerably less sensitive to the charge. These results show how the quantum regularization induced by T-duality and the presence of electric charge modify the orbital dynamics and tidal response of these geometries in the strong-field regime. Furthermore, we demonstrate that the corresponding classical limits are recovered appropriately. | 本研究では、T双対性に着想を得た中性および帯電した正則時空における測地線力学と潮汐力効果を調査する。 まず、これらの解の正則中心構造や地平線構成などの幾何学的特性を分析し、T双対性スケール$\ell_0$と電荷$Q$の相互作用がブラックホールと地平線のない幾何学間の遷移をどのように決定するかを示す。 次に、対応する有効ポテンシャルを通る質量のある粒子と質量のない粒子の運動を研究し、円軌道の存在と安定性、およびその特性半径の挙動を調べる。 さらに、半径方向自由落下する観測者が受ける潮汐力を調査し、半径方向および角度方向の成分の挙動、それらの極値と符号の変化、およびこれらの特性点の位置が幾何学の地平線構造に対してどのように位置するかを重点的に調べる。 本研究では、T双対性正則化によって中心領域における潮汐力が有限となり、半径方向と角度方向の両方で同時に圧縮される領域を含む、異なる伸縮領域が生じることを示す。 一方、電荷はこれらの潮汐特性の強度と位置を変化させる。 最後に、2組の初期条件に対する測地線偏差ベクトルの時間発展を解析する。 T双対性スケールと電荷の両方が蓄積された半径方向の伸縮を抑制する傾向があるのに対し、角度変形は電荷の影響をかなり受けにくいことがわかった。 これらの結果は、T双対性によって誘発される量子正則化と電荷の存在が、強磁場領域におけるこれらの幾何学的構造の軌道力学と潮汐応答をどのように変化させるかを示している。 さらに、対応する古典的極限が適切に再現されることも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In light QCD axion models, finite-density corrections to the axion potential can source a nonvanishing axion field inside neutron stars. Extending our previous analysis of radial oscillations, we study the nonradial ($l=2$) oscillation spectrum of such axion condensed neutron stars in the relativistic Cowling approximation, keeping the fluid and axion perturbations fully coupled and dynamical. The condensate modifies the fluid spectrum in two ways: the altered equilibrium structure raises the $f$- and $p$-mode frequencies by up to $\sim20\%$, while the dynamical coupling to the axion field partially compensates this shift, almost entirely for the $f$-mode. Fluid modes with frequencies above the axion mass acquire a new damping channel through axion emission. The $f$-mode remains below this threshold for all configurations supporting a condensate, whereas the $p$-modes are damped on timescales that can be as short as $\sim10$ ms, shorter than their gravitational-wave damping times, except for certain axion masses where the outgoing axion amplitude nearly vanishes. The spectrum also contains a family of strongly damped axion-dominated quasinormal modes, with imaginary parts of order kHz, and a sequence of gravitationally bound axion states analogous to gravitational atom levels. Below the propagation threshold, the bound $p$-modes undergo avoided crossings with these levels, exchanging their fluid- and axion-dominated character. | 軽い QCD アクシオンモデルでは、アクシオンポテンシャルに対する有限密度補正により、中性子星内部にゼロでないアクシオン場が生じる可能性がある。 我々は、以前に行った半径方向振動の解析を拡張し、流体とアクシオンの摂動を完全に結合させ、動的に維持した相対論的カウリング近似において、このようなアクシオン凝縮中性子星の非半径方向 (l=2) 振動スペクトルを研究する。 凝縮体は流体スペクトルを 2 つの方法で変化させる。 変化した平衡構造により、f モードと p モードの周波数が最大で約 20% 上昇する一方、アクシオン場との動的結合により、このシフトが部分的に補償され、f モードではほぼ完全に補償される。 アクシオン質量を超える周波数を持つ流体モードは、アクシオン放出による新たな減衰チャネルを獲得する。 $f$モードは、凝縮体をサポートするすべての構成においてこの閾値以下にとどまりますが、$p$モードは、放出されるアクシオン振幅がほぼゼロになる特定のアクシオン質量を除いて、重力波減衰時間よりも短い$\sim10$ msという短い時間スケールで減衰します。 スペクトルには、虚部がkHzオーダーの、強く減衰するアクシオン優勢の準正規モードのファミリーと、重力原子レベルに類似した重力的に束縛されたアクシオン状態のシーケンスも含まれています。 伝播閾値以下では、束縛された$p$モードはこれらのレベルとの回避交差を起こし、流体優勢とアクシオン優勢の性質を交換します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Central extensions of asymptotic symmetry algebras are traditionally determined through an explicit computation of the algebra of conserved charges. We show that, within an ambiguity-free covariant phase space formalism based on the Noetherian split, they instead arise as intrinsic quantities completely determined by the Lagrangian through the geometry of the associated covariant phase space. We prove two general Charge Representation Theorems describing the canonical realization of diffeomorphism symmetries in the presence of field-dependent vector fields and Lagrangian anomalies, corresponding respectively to vanishing and integrable Noetherian flux. In both cases, we derive explicit expressions for the associated central extensions and establish the corresponding cocycle identities. This provides a constructive algorithm for determining central charges directly from the Lagrangian formulation of the theory, without requiring an explicit computation of the charge algebra. As a non-trivial application, we consider asymptotically locally AdS$_3$ spacetimes with Penrose--Brown--Henneaux boundary conditions. We recover the corresponding centrally extended asymptotic symmetry algebra, providing an explicit realization of the Charge Representation Theorems. | 漸近対称性代数の中心拡張は、従来、保存電荷代数の明示的な計算によって決定されてきました。 本稿では、ネーター分割に基づく曖昧さのない共変位相空間形式論において、中心拡張は、関連する共変位相空間の幾何学を通してラグランジアンによって完全に決定される固有量として現れることを示します。 場依存ベクトル場とラグランジアン異常が存在する場合の微分同相対称性の正準実現を記述する2つの一般的な電荷表現定理を証明します。 これらはそれぞれ、ネーター流束がゼロの場合と可積分の場合に対応します。 どちらの場合も、関連する中心拡張の明示的な表現を導出し、対応するコサイクル恒等式を確立します。 これにより、電荷代数の明示的な計算を必要とせずに、理論のラグランジアン定式化から直接中心電荷を決定する構成的なアルゴリズムが提供されます。 非自明な応用例として、ペンローズ・ブラウン・ヘノー境界条件を持つ漸近的に局所的なAdS$_3$時空を考察する。 我々は対応する中心拡張された漸近対称性代数を復元し、電荷表現定理の明示的な実現を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| KM3NeT has reported KM3-230213A, a $220$\,PeV neutrino with no source identified. If it comes from a cosmic-string network, energy conservation makes the event a calorimeter. The flux measures the power the network has spent, not how it emits, and a cusp at critical current can supply that power at unit efficiency. The event gives $Gμε_p=(2.8\text{--}4.3)\times10^{-11}$ for $f_ν=0.1$. Pulsar timing already reaches $10^{-10}$, so one event competes with the arrays. For the branch that still radiates gravitationally, flux and timing together require a third of the network's energy in particles, a share that further events above $100$\,PeV would measure. | KM3NeTは、発生源が特定されていない$220$\,PeVのニュートリノKM3-230213Aを報告した。 これが宇宙ひもネットワークから来た場合、エネルギー保存則により、このイベントはカロリメーターとなる。 フラックスは、ネットワークがどのように放出するかではなく、ネットワークが消費した電力を測定するものであり、臨界電流のカスプは単位効率でその電力を供給できる。 このイベントは、$f_ν=0.1$の場合、$Gμε_p=(2.8\text{--}4.3)\times10^{-11}$を与える。 パルサーのタイミングはすでに$10^{-10}$に達しているため、1つのイベントがアレイと競合する。 重力的に放射しているブランチの場合、フラックスとタイミングを合わせると、ネットワークのエネルギーの3分の1が粒子で必要となり、これは100$\,PeVを超えるさらなるイベントで測定される割合である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study a canonical scalar field coupled to isotropic triplets of Abelian one-forms and two-forms through scalar-dependent kinetic functions and a constant topological $BF$ interaction. By retaining the lapse in the homogeneous reduction, we recover the Friedmann constraint and identify a sufficient domain in which all twelve physical modes have positive kinetic terms and luminal high-frequency propagation. A separate exponential model admits an accelerating mixed solution with $a\propto t^2$, nonzero asymptotic form fractions, and bounded normalized linear perturbations. For the Noether analysis, we choose a quadratic effective potential in flat minisuperspace coordinates and solve the zero-boundary determining equations. The canonical scalar potential is hyperbolic-squared or exponential, rather than a power law in the scalar field. The causal character of the potential coordinate separates three branches: Branch I admits a de Sitter limit, Branch II cannot sustain acceleration on regular future-complete expanding trajectories, and Branch III gives an exact solution with both form sectors active and late expansion $a\propto t^{4/3}$. Comparisons with consistent uncoupled and reduced-field limits separate the form contributions from the scalar-driven acceleration. The $BF$ term changes the finite-time exchange between the form sectors but supplies no direct negative-pressure source. | 我々は、スカラー依存の運動関数と一定の位相的 $BF$ 相互作用を介して、アーベル 1 形式と 2 形式の等方性トリプレットに結合した正準スカラー場を研究する。 同次還元における不一致を保持することにより、フリードマン制約を回復し、12 個の物理モードすべてが正の運動項と光度高周波伝播を持つ十分な領域を特定する。 別の指数モデルは、$a\propto t^2$、非ゼロの漸近形式分数、および有界な正規化線形摂動を持つ加速混合解を許容する。 ノーター解析では、平坦なミニ超空間座標で二次有効ポテンシャルを選択し、ゼロ境界決定方程式を解く。 正準スカラーポテンシャルは、スカラー場のべき乗則ではなく、双曲線二乗または指数関数である。 ポテンシャル座標の因果的性質は、3つの分岐を分離します。 分岐Iはド・ジッター極限を許容し、分岐IIは規則的な将来完了膨張軌道上で加速を維持できず、分岐IIIは両方のフォームセクターがアクティブで、後期膨張$a\propto t^{4/3}$を持つ厳密解を与えます。 一貫性のある非結合極限および縮小場極限との比較により、フォーム寄与とスカラー駆動加速が分離されます。 $BF$項はフォームセクター間の有限時間交換を変更しますが、直接的な負圧源は提供しません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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We use the modified Newman--Janis algorithm to obtain the rotating ``mother'' black hole solution of the rotating Hayward-AdS black hole. We further derive the fundamental thermodynamic quantities of the ``mother'' black hole in the full unconstrained phase space $(S,J,q,α,P)$, and impose the regularity condition $M_1=q^3/α$ to obtain the thermodynamic quantities of the rotating Hayward-AdS regular black hole. This order of operations gives a Hawking temperature identical to the surface gravity temperature and produces the correct response functions of the regular black hole. For $P| 我々は修正されたニューマン・ジャニスアルゴリズムを用いて、回転するヘイワード・AdSブラックホールの回転する「母」ブラックホール解を得る。 さらに、制約のない位相空間 $(S,J,q,α,P)$ における「母」ブラックホールの基本的な熱力学的量を導出し、正則性条件 $M_1=q^3/α$ を課して、回転するヘイワード・AdS正則ブラックホールの熱力学的量を得る。 この操作順序により、表面重力温度と同一のホーキング温度が得られ、正則ブラックホールの正しい応答関数が生成される。 $P | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Disordered Universe is a novel research direction that exploits ideas and techniques coming from apparently unrelated research areas, ranging from cosmology to scattering amplitudes in particle physics and disordered complex systems, with the aim of addressing open questions in cosmology at all scales, from the very infra-red (or very late time) to the early universe. This paper acts as a general introduction and vision for a set of lectures delivered at the first La Ricotta Summer School "The Disordered Universe 2025", held from 21 July to 10 August 2025. These lectures involved open quantum systems, analytic properties of scattering amplitudes and correlation functions, foundations and quantum aspects of the de Sitter universe, as well as statistical physics out of equilibrium and spin glasses. While the lecture notes related to each course taught at the school will be published separately and are inevitably devoted to both conceptual and technical aspects of each of these topics, the school was not meant to be a collage of independent topics: the present paper has the purpose of outlining the global vision, how cosmology ends up being a unifier and benefits from both their viewpoint and techniques, how all the concepts and techniques originally coming from these four different areas are part of the same cosmological narrative, why this point of view deserves to be explored, and drawing perspectives for the future. We consider it crucial to build a microscopic theory for the early universe and maybe one that embraces all scales. | 無秩序宇宙は、宇宙論から素粒子物理学における散乱振幅、無秩序な複雑系に至るまで、一見無関係な研究分野からのアイデアや技術を活用し、極赤外線（または非常に後期）から初期宇宙まで、あらゆるスケールで宇宙論の未解決問題に取り組むことを目的とした、斬新な研究方向です。 本稿は、2025年7月21日から8月10日まで開催された第1回ラ・リコッタ・サマースクール「無秩序宇宙2025」で行われた一連の講義の概要とビジョンを示すものです。 これらの講義では、開放量子系、散乱振幅と相関関数の解析的性質、ド・ジッター宇宙の基礎と量子的側面、非平衡統計物理学、スピングラスなどが取り上げられました。 本校で開講される各コースに関連する講義ノートは別々に公開され、必然的に各トピックの概念的側面と技術的側面の両方に割かれていますが、本校は独立したトピックの寄せ集めとして意図されたものではありません。 本稿の目的は、グローバルなビジョン、宇宙論がどのようにして統一的なものとなり、それぞれの視点と技術から恩恵を受けるのか、これら4つの異なる分野から生まれたすべての概念と技術がどのようにして同じ宇宙論的物語の一部となるのか、なぜこの視点が探求されるに値するのか、そして将来への展望を描くことです。 私たちは、初期宇宙の微視的な理論、そしておそらくすべてのスケールを包含する理論を構築することが極めて重要だと考えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A complete understanding of cosmology, from its earliest epoch all the way to the current dark energy dominated era, requires the development of a mathematical framework that incorporates quantum features in an expanding universe. Such a framework, alongside a description of the underlying degrees of freedom, is so far lacking. Several of the pertinent challenges and puzzles already arise upon considering even the most idealised model of an expanding universe --- the de Sitter spacetime and fluctuations thereof. In these lectures, we review some elementary ideas of the de Sitter physics, passing through the representation theory of the de Sitter group, aspects of canonical quantum gravity, all the way to attempts in describing quasi-local features. Throughout, we highlight open problems that motivate ongoing efforts to understand quantum gravity and cosmology in universes with $Λ>0$. These notes are based on a series of lectures held during the La Ricotta Summer School: The Disordered Universe 2025 from 21 July to 1 August 2025. | 宇宙論を、その最初期の時代から現在のダークエネルギーが支配的な時代まで完全に理解するには、膨張する宇宙における量子特性を組み込んだ数学的枠組みの開発が必要です。 しかし、そのような枠組みは、基礎となる自由度の記述とともに、今のところ不足しています。 膨張する宇宙の最も理想化されたモデル、すなわちド・ジッター時空とそのゆらぎを考察するだけでも、関連する課題や謎のいくつかがすでに生じています。 これらの講義では、ド・ジッター群の表現論、正準量子重力の側面、準局所的特徴の記述の試みに至るまで、ド・ジッター物理学の基本的な概念を概説します。 全体を通して、Λ>0 の宇宙における量子重力と宇宙論を理解するための継続的な取り組みを促す未解決問題を強調します。 これらのノートは、2025 年 7 月 21 日から 8 月 1 日にかけて開催されたラ・リコッタ・サマースクール「無秩序な宇宙 2025」で行われた一連の講義に基づいています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a Genesis scenario within the framework of a type-II minimally modified gravity. The background solution is past geodesically complete and approaches Minkowski spacetime in the asymptotic past. While the Hubble expansion rate grows, the matter sector satisfies the null-energy condition. Scalar perturbations are ghost-free and have no ultraviolet gradient instability, although the squared sound speed $c_\mathcal{R}^2$ becomes negative within a finite infrared region in the Fourier space for a finite time interval. Numerical evolution, including superhorizon growth, yields a nearly scale-invariant, slightly red-tilted scalar spectrum over a broad region of parameter space. The tensor spectrum is blue, with a strongly suppressed tensor-to-scalar ratio. Finally, using the matter fluctuation $δχ$, whose asymptotic normalization is regular, we find that the background-dependent cubic couplings vanish in the far past at fixed nonzero momenta. The surviving matter--graviton and graviton self-interactions are Planck suppressed. | 我々は、最小限に修正されたタイプII重力の枠組みの中で、創世記シナリオを構築する。 背景解は過去に測地線的に完全であり、漸近的に過去にミンコフスキー時空に近づく。 ハッブル膨張率が増加する一方で、物質セクターはヌルエネルギー条件を満たす。 スカラー摂動はゴーストフリーであり、紫外勾配不安定性はないが、フーリエ空間の有限赤外領域内で、有限時間間隔で音速の二乗$c_\mathcal{R}^2$が負になる。 超地平線の成長を含む数値的進化により、パラメータ空間の広い領域にわたって、ほぼスケール不変でわずかに赤方偏移したスカラースペクトルが得られる。 テンソルスペクトルは青色であり、テンソル対スカラー比は強く抑制されている。 最後に、漸近正規化が正則である物質ゆらぎ$δχ$を用いて、固定された非ゼロ運動量において、背景依存の3次結合が遠い過去に消滅することを発見した。 残存する物質、すなわち重力子と重力子の自己相互作用はプランク効果によって抑制される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We compute the normal mode spectrum and its spectral form factor for a probe scalar wave in smooth horizonless backgrounds. We first consider the BTZ black hole with a brickwall that hides the near-horizon region, which has recently been proposed as a toy model for a finite-temperature semiclassical black hole microstate. In this setup, the spectral form factor may or may not have a linear ramp, depending on the details of the brickwall construction. However, we argue that even in cases that do show a ramp, this ramp does not originate from level correlations associated with quantum chaos. Then we calculate the normal mode spectrum for a genuine microstate geometry (superstratum) and find evidence of chaos, both with a ramp and level repulsion. We conclude that the eigenvalue spectrum of normal modes can indeed serve as a tool for investigating the quantum dynamics of fuzzballs; however, the brickwall models are incapable of capturing this phenomenon. | 滑らかな地平線のない背景におけるプローブスカラー波の正規モードスペクトルとそのスペクトル形状因子を計算します。 まず、最近有限温度半古典ブラックホール微視状態のおもちゃモデルとして提案された、地平線近傍領域を隠すレンガ壁を持つBTZブラックホールを考えます。 この設定では、スペクトル形状因子はレンガ壁の構造の詳細に応じて、線形ランプを持つ場合と持たない場合があります。 しかし、ランプを示す場合でも、このランプは量子カオスに関連するレベル相関に由来するものではないと主張します。 次に、真の微視状態ジオメトリ（スーパーストラタム）の正規モードスペクトルを計算し、ランプとレベル反発の両方でカオスの証拠を見つけます。 正規モードの固有値スペクトルは、ファズボールの量子ダイナミクスを調査するためのツールとして実際に役立つことがわかっていますが、レンガ壁モデルはこの現象を捉えることができません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| One of the central expectations of quantum gravity is the resolution of the curvature singularities predicted by General Relativity, potentially giving rise to effective black-hole geometries that are regular inside the horizon. We show that, for a very broad class of regular black holes including several known solutions, the quasinormal-mode spectrum in the large-overtone limit differs discontinuously from that of a Schwarzschild black hole, even when the regularization parameter is arbitrarily small. The real part of the quasinormal frequencies vanishes asymptotically, rather than approaching a nonzero constant, as generically occurs in General Relativity and other theories predicting black holes with curvature singularities. The asymptotic black-hole spectrum thus retains a distinctive imprint of singularity resolution. We establish these results analytically through a systematic formulation of the monodromy method and confirm them numerically. We interpret this phenomenon as a manifestation of black-hole spectral instability, whereby arbitrarily small deviations from vacuum General Relativity produce nonperturbative changes in the large-overtone spectrum. | 量子重力の中心的な期待の一つは、一般相対性理論によって予測される曲率特異点の解消であり、これにより、事象の地平線内部で正則な有効ブラックホール形状が生じる可能性がある。 我々は、既知の解を含む非常に広範なクラスの正則ブラックホールについて、正則化パラメータが任意に小さい場合でも、大きな倍音極限における準正規モードスペクトルがシュワルツシルトブラックホールのスペクトルと不連続に異なることを示す。 準正規周波数の実部は、一般相対性理論や曲率特異点を持つブラックホールを予測する他の理論で一般的に起こるように、非ゼロ定数に近づくのではなく、漸近的にゼロになる。 したがって、漸近的なブラックホールスペクトルは、特異点解消の明確な痕跡を保持する。 我々は、モノドロミー法の体系的な定式化を通してこれらの結果を解析的に確立し、数値的に確認する。 我々はこの現象をブラックホールのスペクトル不安定性の現れと解釈する。 すなわち、真空一般相対性理論からのごくわずかなずれが、高次スペクトルに非摂動的な変化をもたらすというものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| These lecture notes provide an introduction to quantum spin glasses, with a particular emphasis on their application to open problems in cosmology and holography. Focusing on the spherical $p$-spin model, we develop a complete and self-contained analysis of its thermodynamic and dynamical properties. We introduce the replica method, discuss both replica-symmetric and one-step replica symmetry-broken solutions, and characterise the resulting glassy phase. The framework is then extended to the quantum model, where we study the emergence of slow dynamics and the role of quantum correlations through Euclidean and real-time correlation functions. Finally, we explore how concepts such as replica symmetry breaking and disorder naturally arise in cosmological and holographic systems related to black hole fragmentation, highlighting spin glass models as useful theoretical laboratories for these phenomena. These notes are based on a series of lectures held during the La Ricotta Summer School: The Disordered Universe 2025 from 21 July to 1 August 2025. | 本講義ノートは、量子スピングラスの入門書であり、特に宇宙論とホログラフィーにおける未解決問題への応用を重視しています。 球面pスピンモデルに焦点を当て、その熱力学的および動的特性に関する完全かつ自己完結的な解析を展開します。 レプリカ法を導入し、レプリカ対称解と1段階レプリカ対称性破れ解の両方について議論し、結果として得られるガラス相を特徴づけます。 次に、この枠組みを量子モデルに拡張し、ユークリッド相関関数と実時間相関関数を通して、遅いダイナミクスの出現と量子相関の役割を研究します。 最後に、レプリカ対称性の破れや無秩序といった概念が、ブラックホールの断片化に関連する宇宙論的およびホログラフィー的システムにおいてどのように自然に生じるかを探り、スピングラスモデルがこれらの現象を研究するための有用な理論的実験室であることを強調します。 本ノートは、2025年7月21日から8月1日まで開催されたラ・リコッタ・サマースクール「無秩序な宇宙2025」で行われた一連の講義に基づいています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We formulate a description of self-gravitating Schrödinger--Poisson (SP) solitons in curved spacetime using a local inertial frame centered on the soliton. In the weak-field and non-relativistic regime, the effect of the background spacetime is incorporated into the SP equations through an effective tidal potential determined by the spacetime curvature. We apply this framework to a soliton moving along a circular equatorial geodesic around a Kerr black hole. The tidal field contains stationary and time-dependent quadrupolar components, which induce a deformation of the soliton and an associated mass quadrupole moment. We formulate the quadrupolar response in terms of the tidal deformability and the dimensionless Love number. We then estimate the gravitational radiation associated with the rotating deformed soliton and evaluate the corresponding characteristic strain for representative soliton sizes and orbital radii. A comparison with representative sensitivity curves of planned space-based gravitational-wave detectors identifies parameter regimes in which the estimated characteristic strain may lie within their sensitivity ranges. Our framework provides a systematic basis for investigating the tidal response of self-gravitating bosonic solitons in black-hole spacetimes and their potential gravitational-wave signatures. | 本稿では、曲がった時空における自己重力を持つシュレーディンガー・ポアソン（SP）ソリトンの記述を、ソリトンを中心とした局所慣性座標系を用いて定式化する。 弱場かつ非相対論的領域では、背景時空の影響は、時空曲率によって決定される有効潮汐ポテンシャルを介してSP方程式に組み込まれる。 この枠組みを、カーブラックホールの周りの円形赤道測地線に沿って移動するソリトンに適用する。 潮汐場には、定常成分と時間依存成分の四重極成分が含まれており、これらがソリトンの変形とそれに伴う質量四重極モーメントを誘起する。 我々は、潮汐変形率と無次元ラブ数を用いて四重極応答を定式化する。 次に、回転する変形ソリトンに関連する重力放射を推定し、代表的なソリトンサイズと軌道半径に対応する特性歪みを評価する。 計画中の宇宙重力波検出器の代表的な感度曲線との比較により、推定される特性歪みがそれらの感度範囲内に収まる可能性のあるパラメータ領域が特定されます。 私たちのフレームワークは、ブラックホール時空における自己重力ボソンソリトンの潮汐応答と、それらが示す可能性のある重力波シグナルを調査するための体系的な基盤を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Effective field theories (EFTs) offer a powerful method to unify diverse models under a small set of control parameters, allowing systematic expansions around well-established theories. While these techniques were traditionally developed for particle physics experiments with clean, isolated initial states, realistic macroscopic environments are often noisy and dissipative. Recognising the limitations of traditional EFTs has recently sparked intense progress at the interface of high-energy physics and condensed matter. These developments motivate a new approach to gravitation and cosmology, one that models the gravitational sector as evolving in the presence of an unobservable medium. Open Effective Field Theories provide a systematic, controllable framework for this endeavour. This chapter presents this versatile framework and illustrates how the Schwinger-Keldysh formalism captures the influence of unknown environments, manifesting as dissipation and noise, on observational probes. These notes are based on a series of lectures held during the La Ricotta Summer School "The Disordered Universe 2025" from 21 July to 1 August 2025. | 有効場理論（EFT）は、少数の制御パラメータの下で多様なモデルを統一する強力な手法であり、確立された理論の体系的な拡張を可能にします。 これらの手法は従来、クリーンで孤立した初期状態を持つ素粒子物理学実験のために開発されてきましたが、現実的な巨視的環境はしばしばノイズが多く散逸的です。 従来のEFTの限界を認識したことで、近年、高エネルギー物理学と凝縮系物理学の境界領域で活発な進歩が見られました。 これらの進展は、重力と宇宙論に対する新しいアプローチを促し、重力セクターが観測不可能な媒質の存在下で進化するというモデル化へとつながります。 オープン有効場理論は、この取り組みのための体系的で制御可能な枠組みを提供します。 本章では、この汎用性の高い枠組みを紹介し、シュウィンガー・ケルディッシュ形式が、散逸とノイズとして現れる未知の環境が観測プローブに及ぼす影響をどのように捉えるかを説明します。 これらのノートは、2025年7月21日から8月1日にかけて開催されたラ・リコッタ・サマースクール「無秩序な宇宙2025」で行われた一連の講義に基づいています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the possibility of the formation of primordial black holes (PBHs) using an inflaton potential constructed by stabilizing all Kähler moduli employing both the perturbative and non-perturbative corrections in the large volume scenario in type-IIB/F string theory. We further introduce a small perturbation in one of the Kähler moduli that modifies the existing potential in the field space. The effective correction in the moduli space is made by introducing a localised Gaussian bump, which induces an ultra-slow-roll feature in the inflaton potential during the early cosmological inflation. The evolution of the amplitude of the curvature power spectrum is solved numerically by using the Mukhanov-Sasaki equation, with Bunch-Davies initial conditions. The inclusion of the Gaussian bump produces a sustainable enhancement in the amplitude of curvature power spectra around $k\sim 1.12 \times 10^{9} Mpc^{-1}$ for the formation of PBHs. The abundance of PBHs ($f_{PBH}$) is calculated using the Press-Schechter formalism for different values of critical density contrast and presented in the background of contemporary $f_{PBH}$ bounds and checked for viability with existing microlensing bounds, corresponding to a mass value $10^{-6}M_\odot$ for $δ$ threshold value $δ_c=0.439$. The Hawking temperature and evaporation time are also determined for these black holes and found to be of the order of $2.78\times 10^{-15}$ GeV and $8.5\times10^{38}$ Gyr, respectively. The enhancement of curvature power spectra lies in the sensitivity region of the SKA observations, suggesting an indication that scalar-induced gravity waves may be probed in future observations. | 我々は、IIB/F型弦理論の大きな体積シナリオにおいて、摂動補正と非摂動補正の両方を用いてすべてのケーラーモジュライを安定化させることで構築されたインフラトンポテンシャルを用いて、原始ブラックホール（PBH）の形成の可能性を研究する。 さらに、場空間における既存のポテンシャルを修正するケーラーモジュライの1つに小さな摂動を導入する。 モジュライ空間における有効な補正は、局所的なガウスバンプを導入することによって行われ、これにより、初期宇宙インフレーション中にインフラトンポテンシャルに超スローロール特性が誘起される。 曲率パワースペクトルの振幅の進化は、バンチ・デイビス初期条件を用いたムハノフ・佐々木方程式を用いて数値的に解かれる。 ガウスバンプの導入により、PBH形成のために、曲率パワースペクトルの振幅が$k\sim 1.12 \times 10^{9} Mpc^{-1}$付近で持続的に増大する。 PBH の存在量 ($f_{PBH}$) は、臨界密度コントラストのさまざまな値に対して Press-Schechter 形式を使用して計算され、現在の $f_{PBH}$ の制約を背景に提示され、既存のマイクロレンズ制約との妥当性がチェックされ、$δ$ 閾値 $δ_c=0.439$ に対して質量値 $10^{-6}M_\odot$ に対応します。 これらのブラックホールのホーキング温度と蒸発時間も決定され、それぞれ $2.78\times 10^{-15}$ GeV と $8.5\times10^{38}$ Gyr のオーダーであることがわかりました。 曲率パワースペクトルの増強は SKA 観測の感度領域にあり、将来の観測でスカラー誘起重力波が調査される可能性があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the hydrostatic equilibrium and global structure of neutron stars within symmetric teleparallel gravity, where gravitational interactions are mediated by the non-metricity scalar $Q$. Working within the metric-affine formulation, we adopt the regular, constant-$Q$ branch ($Q = Q_*$) of $f(Q)$ gravity, which preserves regularity at the stellar centre while maintaining explicit dependence on the non-linear functional form through $f(Q_*)$ and its derivatives. We propose three novel non-linear $f(Q)$ extensions: (i) a Born-Infeld-inspired model, (ii) a Hu--Sawicki analogue, and (iii) a Tsujikawa-inspired model. Incorporating state-of-the-art realistic unified equations of state, namely GPPVA(DD2) and SLy4, we numerically solve the modified Tolman-Oppenheimer-Volkoff equations and evaluate stellar stability via the Harrison-Zel'dovich-Novikov criterion. The Born-Infeld and Hu-Sawicki analogues smoothly recover the general relativistic limit as their control parameters increase, predicting stellar radii for low-mass objects ($M < 2.0\,M_\odot$) that match observational constraints from X-ray binaries and GW170817; however, their maximum masses remain capped below $2.43\,M_\odot$ (DD2) and $2.06\,M_\odot$ (SLy4). Conversely, the Tsujikawa-inspired model significantly stiffens the effective gravitational coupling, accommodating massive compact objects up to $\sim 3.36\,M_\odot$ and offering a viable physical origin for the $2.59_{-0.09}^{+0.08}\,M_\odot$ secondary object in GW190814, albeit at the expense of overpredicting radii for typical low-mass neutron stars. These contrasting behaviours demonstrate a key phenomenological complementarity between maximum mass and radius bounds within the constant-$Q$ framework, highlighting the utility of multimessenger observations in constraining non-linear non-metricity gravity. | 我々は、重力相互作用が非計量スカラー $Q$ によって媒介される対称テレパラレル重力における中性子星の静水圧平衡と全体構造を調査する。 計量アフィン定式化の中で、恒星中心での規則性を保持しつつ、$f(Q_*)$ とその導関数を通して非線形関数形式への明示的な依存性を維持する $f(Q)$ 重力の規則的な定数 $Q$ 分岐 ($Q = Q_*$) を採用する。 我々は、3 つの新しい非線形 $f(Q)$ 拡張を提案する。 (i) Born-Infeld に触発されたモデル、(ii) Hu--Sawicki の類似モデル、(iii) Tsujikawa に触発されたモデル。 最先端の現実的な統一状態方程式、すなわち GPPVA(DD2) と SLy4 を組み込んで、修正された Tolman-Oppenheimer-Volkoff 方程式を数値的に解き、Harrison-Zel'dovich-Novikov 基準によって恒星の安定性を評価します。 Born-Infeld と Hu-Sawicki の類似モデルは、制御パラメータが増加するにつれて一般相対論的限界をスムーズに回復し、X 線連星と GW170817 からの観測制約に一致する低質量天体 ($M < 2.0\,M_\odot$) の恒星半径を予測します。 ただし、それらの最大質量は $2.43\,M_\odot$ (DD2) と $2.06\,M_\odot$ (SLy4) 未満に制限されたままです。 逆に、辻川に触発されたモデルは、有効重力結合を大幅に強化し、最大 $\sim 3.36\,M_\odot$ の質量を持つコンパクト天体を収容し、GW190814 の $2.59_{-0.09}^{+0.08}\,M_\odot$ の二次天体の妥当な物理的起源を提供するが、その代償として、典型的な低質量中性子星の半径を過大評価する。 これらの対照的な挙動は、定数 $Q$ フレームワーク内の最大質量と半径の境界間の重要な現象論的相補性を示しており、非線形非計量重力を制約する上でのマルチメッセンジャー観測の有用性を強調している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| By treating black-hole states as topological defects in thermodynamic parameter space, we investigate a static, asymptotically flat magnetic black holes in Einstein gravity coupled to causal nonlinear electrodynamics. Using the generalized off-shell free energy and Duan's $φ$-mapping topological current theory, we analyze the physical single-horizon sector in the canonical ensemble. We identify four representative defect-curve profiles, including realizations of the conjectured $W^{0+\leftrightarrow1-}$ class and $\overline{W}^{1-}$ subclass, as well as a new thermodynamic topological subclass, $\overline{W}^{0+\leftrightarrow1-}$. This new subclass features paired generation and annihilation points, with unstable innermost and outermost branches. As the auxiliary inverse temperature increases, the system evolves from two equilibrium states to three and then back to one, with an unstable small-black-hole defect entering through the physical lower boundary and changing the global topological number from $W=0$ to $W=-1$. This boundary-induced change signals a thermodynamic topological phase transition. These results show that the same inverse-temperature endpoint behavior and winding-number sequence from small to large black holes can accompany different defect evolution, highlighting the role of the physical horizon boundary in thermodynamic topological classification. More broadly, this causal nonlinear-electrodynamics black-hole family provides a setting for discovering further defect structures and thermodynamic topological phase transitions. | ブラックホール状態を熱力学的パラメータ空間における位相欠陥として扱うことにより、因果的非線形電気力学と結合したアインシュタイン重力における静的で漸近的に平坦な磁気ブラックホールを調査する。 一般化されたオフシェル自由エネルギーとDuanのφマッピング位相電流理論を用いて、正準アンサンブルにおける物理的な単一地平線セクターを解析する。 我々は、予想された$W^{0+\leftrightarrow1-}$クラスと$\overline{W}^{1-}$サブクラスの実現、および新しい熱力学的位相サブクラス$\overline{W}^{0+\leftrightarrow1-}$を含む4つの代表的な欠陥曲線プロファイルを特定する。 この新しいサブクラスは、不安定な最内枝と最外枝を持つペアの生成点と消滅点を特徴とする。 補助逆温度が上昇するにつれて、システムは2つの平衡状態から3つ、そして再び1つへと進化し、不安定な小ブラックホール欠陥が物理的な下限境界から侵入し、グローバルなトポロジカル数を$W=0$から$W=-1$へと変化させます。 この境界誘起の変化は、熱力学的トポロジカル相転移を示しています。 これらの結果は、同じ逆温度終点挙動と、小ブラックホールから大ブラックホールへの巻き数系列が異なる欠陥進化を伴う可能性があることを示しており、熱力学的トポロジカル分類における物理的地平線境界の役割を強調しています。 より広く言えば、この因果的非線形電気力学ブラックホールファミリーは、さらなる欠陥構造と熱力学的トポロジカル相転移を発見するための枠組みを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent cosmological data provide weak hints for smaller masses than what is required by neutrino-oscillation experiments, motivating investigations into variation of the neutrino masses with cosmic time. Here we study a model where the neutrinos couple to a quintessence field that acts as dark energy. We compute structure formation using fully dynamical and relativistic N-body and lattice simulations, with nonlinear field evolution and a weak-field metric expansion. Similar to previous studies, we find the generic appearance of neutrino lumps, but observe them to be highly dynamical and spinning. We study several models where the effective dark energy, including nonlinear effects of the scalar field on the cosmic expansion, can show phantom crossing. The relativistic physics available in our simulation framework can help distinguish such models from LCDM, through observations of neutrino and dark energy properties, and slip between the gravitational potentials due to anisotropic stress. The rich phenomenology offered by mass-varying neutrinos motivates further exploration and development of the simulation techniques. | 最近の宇宙論的データは、ニュートリノ振動実験で要求されるよりも小さい質量を示唆する弱いヒントを与えており、宇宙時間によるニュートリノ質量の変化の研究を促している。 ここでは、ニュートリノがダークエネルギーとして作用するクインテッセンス場と結合するモデルを研究する。 非線形場進化と弱場計量膨張を伴う、完全に動的かつ相対論的なN体シミュレーションと格子シミュレーションを使用して構造形成を計算する。 以前の研究と同様に、ニュートリノ塊の一般的な出現が見られるが、それらは非常に動的で回転していることが観測される。 宇宙膨張に対するスカラー場の非線形効果を含む有効ダークエネルギーがファントムクロッシングを示す可能性があるいくつかのモデルを研究する。 我々のシミュレーションフレームワークで利用可能な相対論的物理は、ニュートリノとダークエネルギーの特性の観測、および異方性応力による重力ポテンシャル間の滑りを通じて、そのようなモデルをLCDMから区別するのに役立つ。 質量が変化するニュートリノがもたらす豊かな現象は、シミュレーション技術のさらなる探求と発展を促す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The complete Wess-Zumino (WZ) action and stress-energy tensor (SET) of the conformal anomaly in both two and four dimensions is given. This local effective action is expressed in terms of a single scalar Nambu-Goldstone `conformalon' field $\varphi$, parametrizing the local abelian Weyl group of conformal transformations that act transitively on the spacetime metric. Satisfying WZ consistency, and equipped with a variational principle for $\varphi$ that determines the conformal transformation $g_{μν}\!\to\!g_{μν}e^{-\varphi}$ to an associated spacetime with no anomaly, the WZ action resolves the conformal gauge fixing ambiguity of earlier methods of `integrating the anomaly.' In $D\!=\!2$ the WZ action is the local form of the Polyakov action, whose massless $\varphi$ propagator describes a correlated two-particle scalar intermediate state in the SET polarization function $\langle TT\rangle$. The imaginary part of this polarization obeys a UV finite sum rule, becoming a Dirac $δ$-function at zero energy for conformal quantum fields, demonstrating the infrared origin of the anomaly, while the real part becomes the light cone propagator of $\varphi$. Although the $\Box R$ term in $D\!=\!4$ corresponds to a cohomologically trivial cocycle, it also arises from the IR limit of massless quantum fields, independently of UV physics, and contributes to the WZ action for low energy gravity. Analogous to the WZ action for pseudo-Goldstone mesons in low energy QCD from the axial anomaly, the WZ action for the conformal anomaly provides a Nambu-Goldstone scalar field for macroscopic gravity, in addition to the metric of classical general relativity. | 2次元および4次元における共形異常の完全なWess-Zumino（WZ）作用と応力エネルギーテンソル（SET）が与えられている。 この局所有効作用は、時空計量に推移的に作用する共形変換の局所アーベルWeyl群をパラメータ化する単一のスカラーNambu-Goldstone「共形」場$\varphi$で表現される。 WZの整合性を満たし、異常のない関連時空への共形変換$g_{μν}\!\to\!g_{μν}e^{-\varphi}$を決定する$\varphi$の変分原理を備えたWZ作用は、以前の「異常を積分する」方法の共形ゲージ固定の曖昧さを解消する。 $D\!=\!2$ では、WZ 作用はポリャコフ作用の局所形式であり、その質量ゼロの $\varphi$ プロパゲーターは、SET 偏極関数 $\langle TT\rangle$ における相関のある 2 粒子スカラー中間状態を記述します。 この偏極の虚部は UV 有限和則に従い、共形量子場のゼロエネルギーでディラック $δ$ 関数となり、異常の赤外線起源を示します。 一方、実部は $\varphi$ の光円錐プロパゲーターとなります。 $D\!=\!4$ の $\Box R$ 項はコホモロジー的に自明なコサイクルに対応しますが、UV 物理学とは独立に、質量ゼロの量子場の IR 極限からも生じ、低エネルギー重力の WZ 作用に寄与します。 軸異常による低エネルギーQCDにおける擬似ゴールドストーン中間子に対するWZ作用と同様に、共形異常に対するWZ作用は、古典的な一般相対性理論の計量に加えて、巨視的重力に対する南部・ゴールドストーンスカラー場を提供する。 |
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| This paper investigates the greybody factor and Joule-Thomson expansion of deformed Schwarzschild-AdS black hole models. We constructed the Klein-Gordon equation into a Schrödinger-like wave equation using tortoise coordinates and derived the exact effective potential. Also, we analyzed its behavior under varying physical parameters, including deformation parameters, mass and angular momentum. In this case, our results illustrate that increasing the deformation parameter enhances the effective potential, significantly impacting the absorption and scattering of massless scalar fields. It is noted that the Schwarzschild black hole effective potential is greatly increased when the deformation parameter is present. Near the event horizon, we found that waves behave differently, with higher-frequency waves more easily penetrating potential obstacles and lower-frequency waves bouncing off them. Furthermore, we investigated the thermodynamic characteristics of black holes using the Joule-Thomson expansion, detecting isenthalpic curves that indicate heating and cooling zones controlled by pressure and temperature changes. In this context, we tested the influence of deformation black hole parameters; the isenthalpic curves are enhanced by increasing the deformation parameters and the black hole mass. | この論文では、変形したシュワルツシルト-AdS ブラックホール モデルのグレイボディ因子とジュール-トムソン展開を調査する。 我々は、亀座標を使用してクライン-ゴルドン方程式をシュレーディンガーのような波動方程式に構築し、正確な有効ポテンシャルを導出した。 また、変形パラメータ、質量、角運動量などのさまざまな物理パラメータの下でのその挙動を解析した。 この場合、我々の結果は、変形パラメータの増加が有効ポテンシャルを増強し、質量のないスカラー場の吸収と散乱に大きな影響を与えることを示している。 変形パラメータが存在する場合、シュワルツシルト ブラックホールの有効ポテンシャルが大幅に増加することが注目される。 事象の地平線付近では、波の挙動が異なり、高周波の波はポテンシャル障害物をより容易に貫通し、低周波の波はそれらから跳ね返ることを発見した。 さらに、ジュール-トムソン展開を使用してブラックホールの熱力学的特性を調査し、圧力と温度の変化によって制御される加熱領域と冷却領域を示す等エンタルピー曲線を検出した。 この文脈で、変形ブラックホール パラメータの影響をテストした。 変形パラメータとブラックホールの質量を増加させると、等エンタルピー曲線がより鮮明になる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave (GW) observations of binary black holes provide a powerful probe of general relativity (GR) in the strong-field regime. In effective field theory (EFT) extensions of GR, higher-curvature operators modify the binary dynamics and introduce corrections to the inspiral phase. In this work, we consider two parity-even cubic-curvature couplings and one quartic-curvature coupling, whose leading phase corrections enter at 5PN, 6PN, and 8PN order, respectively. We incorporate these corrections into the individual multipoles of the \texttt{SEOBNRv5HM\_ROM} waveform using the flexible theory-independent framework, allowing higher-order modes and the full inspiral-merger-ringdown signal to be used in the analysis. We first perform a Fisher-matrix analysis of 92 binary-black-hole events selected from a parent sample of 273 events in the public LIGO-Virgo-KAGRA catalogs. GW230627\_015337 provides the tightest forecast constraints on all three EFT couplings and is therefore selected for a full Bayesian analysis. The posterior distributions are consistent with GR, with all three couplings consistent with zero at 90\% credibility. The corresponding one-sided 90\% upper limits on the characteristic length scales are \(17.1\), \(11.1\), and \(18.3\,\mathrm{km}\). The log Bayes factors of the three EFT models relative to GR range from \(-5.49\) to \(-2.51\), favoring GR under the adopted priors. These bounds probe higher-curvature length scales at the level of \(10\)--\(20\,\mathrm{km}\) and are numerically tighter than representative previous inspiral and ringdown constraints, although differences in the models and analysis assumptions should be taken into account. | 重力波 (GW) による連星ブラックホールの観測は、強重力場領域における一般相対性理論 (GR) の強力なプローブとなる。 GR の有効場理論 (EFT) 拡張では、高次曲率演算子が連星のダイナミクスを修正し、インスパイラル位相に補正を導入する。 本研究では、2 つのパリティ偶数三次曲率結合と 1 つの四次曲率結合を考察する。 これらの主要な位相補正は、それぞれ 5PN、6PN、8PN の次数で現れる。 我々は、柔軟な理論非依存フレームワークを使用して、これらの補正を \texttt{SEOBNRv5HM\_ROM} 波形の個々の多重極に組み込み、高次モードと完全なインスパイラル合体リングダウン信号を解析に使用できるようにした。 まず、公開されている LIGO-Virgo-KAGRA カタログの 273 のイベントの親サンプルから選択された 92 の連星ブラックホールイベントのフィッシャー行列解析を実行する。 GW230627\_015337 は、3 つの EFT 結合すべてに対して最も厳しい予測制約を提供するため、完全なベイズ分析に選択されました。 事後分布は GR と一致しており、3 つの結合すべてが 90% 信頼度でゼロと一致しています。 対応する特性長さスケールの片側 90% 上限は、\(17.1\)、\(11.1\)、および \(18.3\,\mathrm{km}\) です。 3 つの EFT モデルの GR に対する log Bayes ファクターは \(-5.49\) から \(-2.51\) の範囲にあり、採用した事前分布の下では GR が有利です。 これらの境界は、10～20 km の高曲率長スケールを調査しており、モデルや解析の仮定の違いを考慮に入れる必要があるものの、これまでの代表的なインスパイラルおよびリングダウンの制約よりも数値的に厳密です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A causal set is a locally finite partially ordered set. Causal set theory proposes such discrete structures as a basis for spacetime physics. Connecting this description with continuum physics requires recovering the geometric quantities used in general relativity and controlling the errors introduced by discreteness. Here, with dimension and sampling density specified, we construct approximate normal coordinates, estimate parallel transport, and recover the full Riemann tensor from causal order and element counts. For samples embedded in a fixed smooth spacetime and satisfying stated uniform counting assumptions, we prove a uniform curvature error bound that tends to zero as the sampling density increases. | 因果集合とは、局所的に有限な半順序集合のことである。 因果集合理論は、このような離散構造を時空物理学の基礎として提案している。 この記述を連続体物理学と結びつけるには、一般相対性理論で使用される幾何学的量を復元し、離散性によって生じる誤差を制御する必要がある。 本稿では、次元とサンプリング密度を指定して、因果順序と要素数から近似的な正規座標を構築し、平行移動を推定し、完全なリーマンテンソルを復元する。 固定された滑らかな時空に埋め込まれ、明示された均一計数仮定を満たすサンプルに対して、サンプリング密度が増加するにつれてゼロに収束する均一曲率誤差限界を証明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The dynamics of fermions in spacetime generates torsion, ultimately leading to a current-current interaction independent of gravity. This torsional four-fermion interaction is generically chiral and non-universal and may have observable consequences. Furthermore, the fermion basis in which this torsional interaction is diagonal may be different from the mass basis and the flavor basis. We work out the structure of the quark sector, where new CKM-like matrices appear as a result of diagonalizing the torsional interaction. CP violation is modified in general due to the appearance of additional phases. We also consider various processes which are affected by it such as kaon decays in particular and show that even when the torsional interaction is taken to be diagonal in the flavor basis, flavor-changing processes are still affected due to the non-universality of the torsional coupling constants. Finally, we discuss rephasing invariants in the presence of the torsional interaction and show how the Jarlskog invariant is modified even when the torsion basis is aligned with the flavor basis. | 時空におけるフェルミオンのダイナミクスはねじれを生み出し、最終的には重力とは無関係な電流-電流相互作用へとつながる。 このねじれによる4フェルミオン相互作用は一般的にカイラルであり、普遍的ではないため、観測可能な結果をもたらす可能性がある。 さらに、このねじれ相互作用が対角化されるフェルミオン基底は、質量基底やフレーバー基底とは異なる可能性がある。 我々は、ねじれ相互作用を対角化することによって新たなCKM型行列が現れるクォークセクターの構造を解明する。 CP対称性の破れは、一般的に追加の位相の出現によって修正される。 我々はまた、特にカオン崩壊など、この影響を受ける様々な過程を考察し、ねじれ相互作用がフレーバー基底で対角化される場合でも、ねじれ結合定数の非普遍性のためにフレーバー変化過程が依然として影響を受けることを示す。 最後に、ねじれ相互作用が存在する場合の位相再調整不変量について議論し、ねじれ基底がフレーバー基底と一致している場合でも、ヤールスコッグ不変量がどのように変化するかを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the shadows of a charged rotating de Sitter solution in fourth order conformal Weyl gravity (CWG) immersed in plasma and analyze the joint charge-plasma constraints. Our main goal is to distinguish observational effects caused by the dispersive plasma environment from those caused by the underlying gravitational theory. Within a separable Hamilton-Jacobi plasma model, we derive the radial and angular photon potentials, the equatorial finite-distance deflection angle, and the finite-observer shadow boundary due to the asymptotically non-flat nature of the CWG spacetime. Our results separate two effects. Increasing the plasma strength generally reduces the shadow radius, the signed deflection angle, and the energy emission peak in both CWG and GR. Charge ($q$) produces a stronger theory dependence: for the representative parameters studied, increasing $q$ enlarges the CWG shadow but reduces the GR shadow. The lensing behavior independently supports the geometry-dependent response found from the photon region and shadow observables. We further compare the finite observer dimensionless shadow radius with EHT-inferred size intervals for Sgr~A$^*$ and M87$^*$. Our results indicate that plasma effects can mimic part of the shadow size shift, but the distinct charge response of CWG offers a potential observational route for separating conformal gravity signatures from environmental propagation effects. | プラズマ中に浸された第 4 次共形ワイル重力 (CWG) における荷電回転ド・ジッター解の影を研究し、電荷とプラズマの結合制約を解析します。 主な目的は、分散プラズマ環境によって引き起こされる観測効果と、基礎となる重力理論によって引き起こされる観測効果を区別することです。 分離可能なハミルトン・ヤコビ・プラズマモデル内で、CWG 時空の漸近的に非平坦な性質により、動径および角度光子ポテンシャル、赤道有限距離偏向角、および有限観測者影境界を導出します。 私たちの結果は 2 つの効果を分離します。 プラズマ強度の増加は、一般的に CWG と GR の両方で影の半径、符号付き偏向角、およびエネルギー放出ピークを減少させます。 電荷 (q) はより強い理論依存性を示します。 研究した代表的なパラメータの場合、q の増加は CWG の影を拡大しますが、GR の影を減少させます。 レンズ効果は、光子領域と影の観測量から得られた幾何学依存応答を独立して支持します。 さらに、有限観測者による無次元シャドウ半径を、Sgr~A$^*$とM87$^*$についてEHTで推定されたサイズ間隔と比較した。 我々の結果は、プラズマ効果がシャドウサイズの変化の一部を模倣する可能性があることを示しているが、CWGの明確な電荷応答は、共形重力シグネチャを環境伝播効果から分離するための潜在的な観測経路を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| These lectures provide an introduction to modern techniques for studying the analytic properties of loop-level scattering amplitudes and correlation functions in perturbative quantum field theory. We begin by developing the ideas behind Landau analysis, which identifies the location and nature of kinematic singularities in Feynman integrals (the universal building blocks that contribute to perturbative amplitudes and correlators). We then show how fundamental principles such as unitarity and causality constrain the analytic structure of Feynman integrals, and develop methods for working out some of these constraints in practice. Finally, we connect these observations to the properties of iterated integrals and their symbol calculus, to show how bootstrap methods can be used to determine the functional form of Feynman integrals from just knowledge of their analytic structure. These notes are based on a series of lectures held during the La Ricotta Summer School "The Disordered Universe 2025" from 21~July to 1~August~2025. | これらの講義では、摂動量子場理論におけるループレベル散乱振幅と相関関数の解析的性質を研究するための現代的な手法を紹介します。 まず、ランダウ解析の背後にある考え方を展開します。 ランダウ解析は、ファインマン積分（摂動振幅と相関関数に寄与する普遍的な構成要素）における運動学的特異点の位置と性質を特定するものです。 次に、ユニタリ性や因果律といった基本原理がファインマン積分の解析的構造をどのように制約するかを示し、これらの制約の一部を実際に解くための方法を開発します。 最後に、これらの考察を反復積分とその記号計算の性質に結びつけ、ブートストラップ法を用いて解析的構造の知識のみからファインマン積分の関数形式を決定する方法を示します。 これらのノートは、2025年7月21日から8月1日まで開催されたラ・リコッタ・サマースクール「無秩序な宇宙2025」で行われた一連の講義に基づいています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate inflationary magnetogenesis driven by a non conformal coupling in the case of large-field $α$-attractor inspired models. We introduce potential-dependent electromagnetic coupling functions $f(φ)$ that reproduce the scaling $f\propto a^p$ during slow roll. Starting from Starobinsky inflation, we analytically derive explicit couplings for $(E)$-model and $(T)$-model potentials. We then study how these functions affect electromagnetic amplification in the regime of non-minimal coupling between the inflaton field and the Ricci scalar $φ^2 R$. In particular, we compare different values for the coupling strength $ξ$, accounting for electromagnetic backreaction and Schwinger pair production through the gradient expansion formalism. Our numerical results show that the non-minimal coupling affects the evolution of the electromagnetic sector and the resulting magnetic-field amplitude. We find that, within the analyzed configurations, minimally coupled and $ξ>0$ scenarios are compatible with the adopted CMB constraints, yielding conditional present-day magnetic-field estimates of order $10^{-23}$ G. | 本研究では、大規模磁場αアトラクターモデルにおける非共形結合によって駆動されるインフレーション磁気生成について調査する。 我々は、スローロール中にスケーリングf\propto a^pを再現するポテンシャル依存の電磁結合関数f(φ)を導入する。 スターロビンスキーインフレーションから出発し、(E)モデルおよび(T)モデルのポテンシャルに対する明示的な結合を解析的に導出する。 次に、これらの関数が、インフラトン場とリッチスカラーφ^2 R間の非最小結合の領域における電磁増幅にどのように影響するかを研究する。 特に、勾配展開形式論を通して電磁バックリアクションとシュウィンガー対生成を考慮し、結合強度ξの異なる値を比較する。 数値結果は、非最小結合が電磁セクターの進化と結果として生じる磁場振幅に影響を与えることを示している。 解析した構成の中で、最小限に結合したシナリオと $ξ>0$ シナリオは採用した CMB 制約と互換性があり、条件付きで現在の磁場推定値は $10^{-23}$ G のオーダーであることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a novel test for the hypothesis that the dark matter of the Universe is composed entirely by asteroidal-mass primordial black holes. It relies on detecting the stochastic gravitational-wave background generated by the coalescence onto rapidly spinning supermassive astrophysical black holes of the light primordial black holes accumulated in spherically symmetric spikes. We discuss the scenarios in which the signal can be observed by the future space-based gravitational-wave observatories LISA and DECIGO. | 我々は、宇宙の暗黒物質がすべて小惑星質量の原始ブラックホールで構成されているという仮説に対する新たな検証方法を提案する。 この方法は、球対称のスパイク状に集積した軽い原始ブラックホールが、高速回転する超大質量天体ブラックホールに合体することによって生成される確率的な重力波背景を検出することに基づいている。 我々は、将来の宇宙重力波観測所であるLISAとDECIGOによってこの信号が観測される可能性のあるシナリオについて議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first study of coexisting Vainshtein and Chameleon screening in cosmic structures. Screening hides fifth forces locally, keeping modified gravity viable. Realistic dark-energy models can activate several mechanisms at once, yet this interplay has been overlooked. We find that (i) the Chameleon resolves the long-standing Galileon void pathology; (ii) it suppresses or eliminates the Vainshtein radius around massive sources; and (iii) the Vainshtein term shrinks the Chameleon's screened core. These effects reshape the observable signatures central to cosmological tests of gravity. | 本稿では、宇宙構造におけるヴァインシュタイン効果とカメレオン効果の共存に関する初の研究結果を提示する。 遮蔽効果は局所的に第5の力を隠蔽し、修正重力理論の妥当性を維持する。 現実的なダークエネルギーモデルは複数のメカニズムを同時に活性化できるが、この相互作用はこれまで見過ごされてきた。 我々の研究により、(i) カメレオン効果が長年のガリレオン効果によるボイド病理を解消すること、(ii) カメレオン効果が質量源周辺のヴァインシュタイン半径を抑制または除去すること、(iii) ヴァインシュタイン項がカメレオンの遮蔽されたコアを縮小することが明らかになった。 これらの効果は、重力の宇宙論的検証において中心となる観測可能な特徴を再構築する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This Letter investigates gravitational-wave tests of the horizon area law. Although they provide a striking consistency check of general relativity (GR), these tests rely on models that assume GR, making their interpretation inherently model dependent. We show with a specific example---simulations of merging boson stars---that exotic compact objects can mimic merging black holes and pass an area-law test at a confidence as high as $\sim 92\%$ despite not even having event horizons. | 本稿では、重力波による事象の地平面積法則の検証について考察する。 重力波による検証は一般相対性理論（GR）の整合性を著しく検証するものの、GRを仮定したモデルに基づいているため、その解釈は本質的にモデルに依存する。 本稿では、ボソン星の合体シミュレーションという具体的な例を用いて、特異なコンパクト天体がブラックホールの合体を模倣し、事象の地平線を持たないにもかかわらず、約92%という高い信頼度で面積法則の検証に合格できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gravitational-wave spectrum produced by ultra-relativistic bubbles in a first-order cosmological phase transition can be approximated in terms of their energy density as a function of bubble size. Bubble collisions and post-collision classical evolution negligibly change it. The dominant energy loss is particle scattering, often in the Landau--Pomeranchuk--Migdal regime. So the GW spectrum depends on the particle-physics coupling (interpolating between the `envelope' and `bulk flow' limits), on the interaction type (gauge, Yukawa, scalar quartic, ...), and on whether particle number is conserved. Finally, we consider broken global symmetries, which give a mixture of `elastic' and `inelastic' collisions. | 一次宇宙相転移における超相対論的バブルによって生成される重力波スペクトルは、バブルサイズの関数としてのエネルギー密度で近似できる。 バブルの衝突と衝突後の古典的進化は、このスペクトルをほとんど変化させない。 主なエネルギー損失は粒子散乱であり、多くの場合、ランダウ・ポメランチュク・ミグダル領域で起こる。 したがって、重力波スペクトルは、粒子物理学の結合（「エンベロープ」と「バルクフロー」の限界間の補間）、相互作用の種類（ゲージ、湯川、スカラー四次など）、および粒子数が保存されるかどうかに依存する。 最後に、破れたグローバル対称性を考慮すると、「弾性」衝突と「非弾性」衝突が混在する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate the gravitational particle production (GPP) as a natural reheating channel in time-dependent backgrounds. We focus on reheating in an inflation-kination background. To maintain generality across inflationary models, we use a continuous scale-factor function that produces this transition and has been proposed in the literature. In this scenario, the gravitational reheating channel arises from the gravitational excitation of a superheavy spectator scalar field with Ricci-matter gravitational coupling. Besides all the perturbative approaches, a recently proposed non-perturbative one that uses the notion of the adiabatic vacuum has also been applied to the case of superheavy particles. Although the effect of the mass of the field on the reheating temperature has been investigated, the impact of the non-conformal values of the gravitational coupling constant on the GPP rate is not considered. Hence, we modify the non-perturbative approach in such a way that both effects can be traced. Three parameters affect the reheating temperature in this case: the bare mass of the field, the gravitational coupling constant, and the transition time. In this paper, the effect of each of these parameters alone on the resultant reheating temperature, as well as the combined effects of these parameters, is studied. Taking into account all involved parameters and surveying a wide range of the 3D parameter space, the highest reheating temperature possible is obtained. All of the aforementioned investigations are done based on numerical calculations, and we obtain that the highest possible reheating temperature is quite sufficient for the universe to enter the Hot Big-Bang era. For the sake of completeness, we study the GPP in such a transition using an analytical method in an independent, parallel, solvable model. This analysis is presented only as a mathematical tool. | 本研究では、時間依存背景における自然な再加熱チャネルとして重力粒子生成（GPP）を調査する。 我々はインフレーション・キネーション背景における再加熱に焦点を当てる。 インフレーションモデル全体にわたる一般性を維持するために、文献で提案されている、この遷移を生成する連続スケールファクター関数を使用する。 このシナリオでは、重力再加熱チャネルは、リッチ物質重力結合を持つ超重スペクテータースカラー場の重力励起から生じる。 すべての摂動アプローチに加えて、断熱真空の概念を使用する最近提案された非摂動アプローチも超重粒子の場合に適用されている。 再加熱温度に対する場の質量の影響は調査されているが、重力結合定数の非共形値がGPP率に及ぼす影響は考慮されていない。 したがって、両方の効果を追跡できるように非摂動アプローチを修正する。 この場合、再加熱温度に影響を与えるパラメータは、場の裸の質量、重力結合定数、および遷移時間の3つです。 本論文では、これらのパラメータそれぞれが結果として生じる再加熱温度に及ぼす影響、およびこれらのパラメータの組み合わせによる影響を研究します。 関係するすべてのパラメータを考慮し、3Dパラメータ空間の広範囲を調査することで、可能な最高再加熱温度が得られます。 上記の調査はすべて数値計算に基づいて行われ、可能な最高再加熱温度は宇宙がホットビッグバン時代に入るのに十分であることがわかっています。 完全性を期すために、独立した並列の可解モデルで解析的手法を用いて、このような遷移におけるGPPを研究します。 この解析は、数学的ツールとしてのみ提示されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We identify a unified dynamical picture connecting small-amplitude scalar input at the event horizon to scalar--Kasner interiors. Within boundary-supported stationary families, area contraction drives the transition from geometric to scalar kinetic dominance. For the Schwarzschild-like branch, contraction suppresses the relative curvature contribution, so the scalar kinetic term becomes dominant while the gradient remains small. For the Kerr--Newman-like branch, the scalar gradient is strongly amplified as area contraction carries the solution toward the would-be Cauchy-horizon zero, followed by a narrow transition to scalar kinetic dominance. Cancellation between the kinetic and geometric terms produces a positive minimum of a metric diagnostic, explaining inner-horizon loss dynamically. Fully coupled numerical solutions for the Schwarzschild-like branch and four-dimensional stationary axisymmetric Kerr--Newman interiors, including the Reissner--Nordström and Kerr limits, support this picture. Area contraction provides the common physical mechanism, while the would-be Cauchy-horizon zero determines the strength of gradient amplification and the localization of the transition. | 事象の地平線における小振幅スカラー入力とスカラーカスナー内部を結びつける統一的な力学的描像を特定します。 境界支持定常族内では、面積収縮が幾何学的支配からスカラー運動支配への遷移を引き起こします。 シュワルツシルト型分岐では、収縮によって相対曲率の寄与が抑制されるため、勾配が小さいままスカラー運動項が支配的になります。 カー・ニューマン型分岐では、面積収縮によって解がコーシー地平線の零点に向かうにつれてスカラー勾配が強く増幅され、その後、狭い遷移を経てスカラー運動支配へと移行します。 運動項と幾何学項の相殺により、計量診断の正の最小値が生じ、内地平線損失が動的に説明されます。 シュワルツシルト型分岐と4次元定常軸対称カー・ニューマン内部（ライスナー・ノルドシュトロム極限およびカー極限を含む）に対する完全連成数値解は、この描像を裏付けている。 面積収縮は共通の物理的メカニズムを提供し、一方、コーシー地平線ゼロとなるはずの領域が勾配増幅の強さと遷移の局在を決定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study develops a new gauge condition for performing long duration numerical evolutions of Einstein's equation on cosmological spacetimes with non-trivial spatial topologies. This new gauge makes it possible to perform reliable numerical evolutions on these manifolds in which the spatial volumes become more than one million times larger. This new condition was tested for this study by evolving homogeneous and isotropic initial data on exemplar manifolds with three spatial topologies: Sixth-Turn space, the lens space L(5,2), and the Seifert fiber space SFS[S2:(2,1)(2,1)(2,-1)]. | 本研究では、非自明な空間トポロジーを持つ宇宙時空上でアインシュタイン方程式の長時間の数値発展を実行するための新しいゲージ条件を開発しました。 この新しいゲージにより、空間体積が100万倍以上大きくなるこれらの多様体上で信頼性の高い数値発展を実行することが可能になります。 この新しい条件は、6次回転空間、レンズ空間L(5,2)、およびザイフェルトファイバー空間SFS[S2:(2,1)(2,1)(2,-1)]という3つの空間トポロジーを持つ代表的な多様体上で、均質かつ等方的な初期データを発展させることによって、本研究で検証されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Standard sirens provide a direct probe of the cosmic distance-redshift relation and therefore a powerful test of whether gravitational waves (GWs) propagate as predicted by general relativity on cosmological scales. In many extensions of general relativity, GW propagation is modified by an anomalous friction term, which alters the amplitude evolution and leads to a GW luminosity distance that differs from its electromagnetic counterpart. In this work, we develop a non-parametric reconstruction of this anomalous friction from dark standard sirens. We reconstruct its redshift dependence, encoded in the friction function $α_M(z)$, with a Gaussian process (GP) and derive the corresponding GW-to-EM luminosity-distance ratio $Ξ(z)$ by integration, explicitly retaining the relation between the local friction modification and its accumulated effect on the observed distance, while enforcing a monotonic and invertible GW luminosity distance. We apply the method to the GWTC-5.0 catalog, jointly inferring the source population, modified propagation, and background cosmological parameters. We find no evidence for departures from GR, with $α_M=0$ and $Ξ=1$ consistent with the posterior over the redshift range probed by the catalog. The result is stable under variations of the GP kernel, smoothness and amplitude priors, resolution prescription, and likelihood treatment. We further introduce function-space diagnostics for comparing flexible and parametric reconstructions, including prior calibration, prior-to-posterior contraction, common summaries of propagation-population degeneracies, and principal-component analysis. These tools make explicit which features are informed by the data and which are imposed by the function-space prior, providing a framework for interpretable non-parametric tests of gravitational-wave propagation. | 標準サイレンは、宇宙の距離と赤方偏移の関係を直接的に探査する手段であり、したがって、重力波 (GW) が宇宙論的スケールで一般相対性理論の予測どおりに伝播するかどうかを検証する強力な手段となる。 一般相対性理論の多くの拡張では、GW の伝播は異常摩擦項によって修正され、振幅の進化が変化し、電磁波とは異なる GW 光度距離が生じる。 本研究では、暗黒標準サイレンからこの異常摩擦の非パラメトリック再構成法を開発する。 摩擦関数 $α_M(z)$ に符号化された赤方偏移依存性をガウス過程 (GP) で再構成し、対応する GW 対 EM 光度距離比 $Ξ(z)$ を積分によって導出する。 この際、局所的な摩擦修正と観測距離への累積効果との関係を明示的に保持しつつ、単調かつ可逆な GW 光度距離を強制する。 我々は、この手法をGWTC-5.0カタログに適用し、ソース集団、修正された伝播、および背景宇宙論パラメータを同時に推定した。 カタログによって調査された赤方偏移範囲において、$α_M=0$および$Ξ=1$が事後分布と一致することから、一般相対性理論からの逸脱の証拠は見つからなかった。 この結果は、GPカーネル、平滑化および振幅事前分布、解像度処方、および尤度処理の変動に対して安定している。 さらに、事前分布の較正、事前分布から事後分布への縮約、伝播集団の縮退の共通要約、および主成分分析を含む、柔軟な再構成とパラメトリックな再構成を比較するための関数空間診断を導入した。 これらのツールは、どの特徴がデータによって情報提供され、どの特徴が関数空間事前分布によって課せられるかを明確にし、重力波伝播の解釈可能なノンパラメトリックテストの枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct static black holes in Einstein-Maxwell-scalar theory under prescribed external scalar fields, mapping their existence domain and determining how their scalar charges vary with the external field. Focusing on solutions with positive scalar charge, we find that a positive external field induces scalar charge in Reissner-Nordström (RN) black holes below the zero-source scalarization threshold and extends the allowed charge-to-mass range. A negative external field instead introduces a finite lower existence boundary and permits distinct black holes under identical external conditions. Coupling these isolated responses through the leading companion-generated scalar fields, we find mutual scalar induction in binaries whose components are RN black holes in isolation. For binaries with scalar charges of the same sign, their scalar charges need not increase as the separation decreases, while some binaries with opposite scalar charges admit multiple equilibria and cannot continue along their original equilibrium branches to smaller separations. | 我々は、規定された外部スカラー場の下でアインシュタイン・マクスウェル・スカラー理論における静的ブラックホールを構築し、その存在領域をマッピングし、外部場によってスカラー電荷がどのように変化するかを決定する。 正のスカラー電荷を持つ解に焦点を当てると、正の外部場は、ゼロソースのスカラー化閾値以下のライスナー・ノルドシュトロム（RN）ブラックホールにスカラー電荷を誘導し、許容される電荷質量比の範囲を拡張することがわかる。 一方、負の外部場は有限の下限存在境界を導入し、同一の外部条件下で異なるブラックホールを許容する。 これらの孤立した応答を、主要な伴星によって生成されるスカラー場を介して結合すると、構成要素が孤立したRNブラックホールである連星系において相互スカラー誘導が起こることがわかる。 同じ符号のスカラー電荷を持つ連星系では、分離が減少するにつれてスカラー電荷が増加する必要はないが、反対のスカラー電荷を持つ連星系の中には、複数の平衡状態を許容し、元の平衡分岐に沿ってより小さな分離まで進むことができないものもある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate axionic quintessence in heterotic string compactifications. Starting from the ten-dimensional theory, we derive the four-dimensional axion effective action, including gauge couplings and non-perturbative potentials, and identify the curvature terms that can correct it. We examine the geometric requirements for ultralight axions generated by exponentially suppressed worldsheet instantons, finding significant restrictions through an exploratory scan of toric Calabi-Yau hypersurfaces. In an illustrative K3-fibred setup, the minimal benchmark also encounters a tension with the positivity of the one-loop corrected gauge kinetic functions. Aligned worldsheet-instanton contributions provide a way to alleviate this tension and yield an ultralight axion with a phenomenologically relevant decay constant. Our analysis also identifies lower-action instantons whose contributions must be controlled to preserve the ultralight axion. We then study the resulting class of quintessence potentials and qualitatively compare their late-time cosmological solutions with observationally preferred ranges. | ヘテロティック弦コンパクト化におけるアクシオンクインテッセンスを研究する。 10次元理論から出発して、ゲージ結合と非摂動ポテンシャルを含む4次元アクシオン有効作用を導出し、それを修正できる曲率項を特定する。 指数関数的に抑制されたワールドシートインスタントンによって生成される超軽量アクシオンの幾何学的要件を調べ、トーリックカラビ・ヤウ超曲面の探索的スキャンを通じて重要な制約を発見する。 例示的なK3ファイバー構成では、最小ベンチマークは、1ループ補正されたゲージ運動関数の正値性とも矛盾する。 整列したワールドシートインスタントンの寄与は、この矛盾を緩和し、現象論的に関連のある減衰定数を持つ超軽量アクシオンを得る方法を提供する。 我々の分析では、超軽量アクシオンを維持するために寄与を制御する必要がある低作用インスタントンも特定する。 次に、得られたクインテッセンスポテンシャルのクラスを研究し、それらの後期宇宙論的解を観測的に好ましい範囲と定性的に比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Shift symmetric Horndeski gravity can be a simple, well posed theory with protection against quantum corrections. Overturning conventional thought that such a theory cannot cross the phantom divide ($w=-1$) we present both analytic and numerical proof that it can. We carry out a detailed dynamical systems analysis showing the evolution of ghost free and stable regions within the model family, identify the fixed point and dynamical attractor structure, and derive the interaction of the $w=-1$ curve with these phase space structures. This reveals two mechanisms for cosmologies crossing the phantom divide while preserving shift symmetry. | シフト対称性を持つホーンデスキ重力は、量子補正に対する保護を備えた、単純で適切に定式化された理論となり得る。 このような理論はファントム境界（$w=-1$）を越えることができないという従来の考え方を覆し、我々はそれが可能であることを解析的および数値的に証明する。 我々は、モデルファミリー内のゴーストフリーで安定な領域の進化を示す詳細な力学系解析を行い、固定点と動的アトラクター構造を特定し、$w=-1$曲線とこれらの位相空間構造との相互作用を導出する。 これにより、シフト対称性を維持しながらファントム境界を越える宇宙論の2つのメカニズムが明らかになる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We introduce a semi-agnostic modeling framework for black hole binary inspirals beyond general relativity that fixes the field content without selecting a particular theory. We expand in the post-Newtonian order and in powers of $l/L$, where $l$ is the characteristic length-scale that controls deviations from General Relativity and $L$ is the characteristic length-scale of the system. We focus on the case of a massless scalar field coupled with the metric, at leading post-Newtonian order. Taking into account the scaling with $l/L$ of both the interaction terms and the quantities that characterise the sources, we find that the inspiral can be described in terms of a small number of universal parameters. Such a parametrisation is suitable for obtaining combined bounds from multiple sources and performing searches for specific fields. | 本稿では、一般相対性理論を超えたブラックホール連星の合体現象について、特定の理論を選択せずに場の内容を固定する半無条件のモデリングフレームワークを提案する。 我々は、ポストニュートン次数および$l/L$のべき乗で展開する。 ここで、$l$は一般相対性理論からのずれを制御する特性長さスケールであり、$L$は系の特性長さスケールである。 我々は、質量ゼロのスカラー場が計量と結合している場合を、主要なポストニュートン次数で考察する。 相互作用項とソースを特徴付ける量の両方が$l/L$でスケーリングされることを考慮すると、合体は少数の普遍的なパラメータで記述できることがわかった。 このようなパラメータ化は、複数のソースから結合された境界を取得したり、特定の場の探索を実行したりするのに適している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study whether nearby homogeneous cosmological histories approach or move away from the Genesis and contracting solutions. We also determine how an uncertainty in the scalar velocity at a later stage affects the inferred initial velocity. In the Genesis models, including the gravitational dynamics can substantially change this relation. We find that convergence of homogeneous solutions can occur even around backgrounds with unstable perturbations, and therefore attraction of the background is not sufficient to establish that a cosmological solution is physically viable. In the contracting model, one power-law solution attracts nearby trajectories, whereas another repels them. The strength of these effects depends on how the cosmological state is parametrized. Their evolution through the subsequent bounce is not considered here. | 我々は、近傍の均質な宇宙史が創世記解と収縮解に近づくか遠ざかるかを研究する。 また、後の段階におけるスカラー速度の不確実性が、推定される初期速度にどのように影響するかも明らかにする。 創世記モデルでは、重力ダイナミクスを含めることで、この関係が大きく変化する可能性がある。 均質な解の収束は、不安定な摂動のある背景の周囲でも起こり得るため、背景の引力だけでは宇宙論的解が物理的に実行可能であることを確立するには不十分であることがわかった。 収縮モデルでは、あるべき乗則解は近傍の軌道を引き付けるが、別のべき乗則解はそれらを反発させる。 これらの効果の強さは、宇宙の状態がどのようにパラメータ化されるかに依存する。 その後のバウンスによるそれらの進化はここでは考慮しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The relic abundance of light stable axion dark matter is usually set by misalignment. We study whether the inflationary fluctuations of the axion can dominate instead, and we follow the modes analytically through an instantaneous transition from de Sitter expansion to radiation domination, neglecting the axion mass during inflation and keeping it afterward. Since the energy density is quadratic in the field, a fluctuation-dominated abundance carries an isocurvature perturbation even when the mean displacement vanishes. For a canonical minimally coupled axion the spectrum is scale invariant, and fluctuation-dominated dark matter exceeds the Planck isocurvature limit by about eight orders of magnitude. An inflaton-dependent kinetic function or a nonminimal coupling to the Ricci scalar tilts the spectrum blue, moving the fluctuation power from CMB scales to small scales. Imposing the Planck limit at the pivot scale, we find that fluctuation-dominated dark matter with a constant kinetic slope requires the spectral tilt $n_η-1\gtrsim0.27$ and the axion mass $m_η \gtrsim200 \rm{GeV}$ at $H_I=10^{10}\rm{GeV}$, and $n_η-1\gtrsim0.34$ and $m_η\gtrsim4.5\,$keV at $H_I=10^{13}\rm{GeV}$. A kinetic function with a running slope lowers these masses to $1.4~\rm{GeV}$ and $0.7\,$eV, respectively. For the QCD axion, whose oscillations start late, we estimate that any single power-law spectrum blue enough to satisfy the pivot limit gives too little fluctuation abundance, and misalignment dominates. | 軽安定アクシオン暗黒物質の残存量は、通常、ミスアライメントによって決定されます。 代わりにアクシオンのインフレーションゆらぎが支配的になるかどうかを研究し、インフレーション中はアクシオン質量を無視し、その後は保持したまま、ド・ジッター膨張から放射優勢への瞬間的な遷移を通してモードを解析的に追跡します。 エネルギー密度は場の2乗であるため、平均変位がゼロであっても、ゆらぎが支配的な存在量は等曲率摂動を伴います。 標準的な最小結合アクシオンの場合、スペクトルはスケール不変であり、ゆらぎが支配的な暗黒物質はプランク等曲率限界を約8桁上回ります。 インフラトン依存の運動関数またはリッチスカラーへの非最小結合はスペクトルを青く傾け、ゆらぎのパワーをCMBスケールから小さなスケールに移動させます。 プランク限界をピボットスケールに課すと、一定の運動勾配を持つゆらぎ優勢の暗黒物質では、$H_I=10^{10}\rm{GeV}$ でスペクトル傾斜 $n_η-1\gtrsim0.27$ とアクシオン質量 $m_η \gtrsim200 \rm{GeV}$ が必要であり、$H_I=10^{13}\rm{GeV}$ で $n_η-1\gtrsim0.34$ と $m_η\gtrsim4.5\,$keV が必要であることがわかります。 傾斜が変化する運動関数では、これらの質量はそれぞれ $1.4~\rm{GeV}$ と $0.7\,$eV に低下します。 振動が遅れて始まる QCD アクシオンについては、ピボット限界を満たすのに十分な青色の単一のべき乗則スペクトルではゆらぎの存在量が少なすぎるため、ミスアライメントが支配的になると推定されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate the formation and subsequent evolution of Julia--Zee dyons in $(3+1)$-dimensional classical lattice simulations of an $\mathrm{SU}(2)\to\mathrm{U}(1)$ symmetry-breaking model in an expanding background. The gauge and Higgs fields are prepared thermally, subjected to an ultraviolet filter, and evolved through a mass quench and subsequent expansion. Classical dyons can carry continuous electric charge, and we find charge magnitudes exceeding four times the electric charge unit $g$. Their measured electric-charge magnitudes tend to decrease during the subsequent evolution, consistent with charge exchange with the surrounding fields. At late times, the magnetic monopoles persist while the number of dyons and their observed charge range decrease, with only a few identified dyons remaining at the end of the simulations. | 膨張する背景における $\mathrm{SU}(2)\to\mathrm{U}(1)$ 対称性の破れモデルの $(3+1)$ 次元古典格子シミュレーションにおいて、ジュリア-ジー・ダイオンの形成とその後の進化を実証する。 ゲージ場とヒッグス場は熱的に準備され、紫外フィルターにかけられ、質量クエンチとそれに続く膨張を経て進化する。 古典ダイオンは連続的な電荷を運ぶことができ、電荷の大きさは電荷単位 $g$ の 4 倍を超えることがわかった。 測定された電荷の大きさは、その後の進化中に減少する傾向があり、周囲の場との電荷交換と一致する。 後期になると、磁気単極子は存続するが、ダイオンの数と観測された電荷範囲は減少し、シミュレーションの最後には少数の識別されたダイオンだけが残る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The family of $SL(2,\mathbb Z)$ black holes has an accumulation point corresponding to a cusped geometry, which causes the sum over black holes to diverge. We extend cusp regularization to the sum over geometries compatible with a fixed boundary spin structure. For $c_L=c_R$, including the cusp as a counterterm cancels the leading divergence for each of the three even boundary spin structures. The required subtraction is the same in all three sectors and is two thirds of the bosonic one. We further show that gravitational anomalies cause cancellations between black hole contributions, removing the leading cusp divergence except at $c_L-c_R=0,\pm24$ in pure gravity and $c_L-c_R=0,\pm12$ in $\mathcal N=(1,1)$ supergravity. We also derive the spin structure dependent anomaly phases responsible for these cancellations. | $SL(2,\mathbb Z)$ ブラックホールの族は、尖った形状に対応する集積点を持ち、ブラックホールの総和が発散する原因となる。 我々は、固定境界スピン構造と互換性のある形状の総和に尖点正則化を拡張する。 $c_L=c_R$ の場合、尖点を対項として含めることで、3 つの偶数境界スピン構造のそれぞれについて、主要な発散が相殺される。 必要な減算は 3 つのセクターすべてで同じであり、ボソンの 3 分の 2 である。 さらに、重力異常がブラックホール寄与間の相殺を引き起こし、純粋重力では $c_L-c_R=0,\pm24$ 、$\mathcal N=(1,1)$ 超重力では $c_L-c_R=0,\pm12$ を除いて、主要な尖点発散が除去されることを示す。 また、これらの相殺の原因となるスピン構造依存異常位相を導出する。 |