Supersymmetry, strings and blackholes 西村淳（KEK） KEK大型シミュレーション研究シンポジウム「KEK大型シミュレーション研究の５年間と今後」 2011年1月31日、KEK小林ホールにて目次１．素粒子の標準模型を超えて超対称性、力の統一、超弦理論２．超弦理論の数値シミュレーションブラックホールの内部構造の解明３．今後の展望宇宙の起源に迫れるか？４．まとめ超対称性、力の統一、超弦理論素粒子の標準模型の成功と課題ヒッグス粒子の正体は何か？重力をどう扱うのか？高エネルギー加速器実験からの示唆  細かいスケールを見るには、高いエネルギーが必要。相互作用の強さ強弱超対称性を示唆点粒子による記述では破綻力の統一を示唆電重エネルギー超対称性（Supersymmetry） • 時空の対称性（並進、回転）の自然な拡張 • ボゾンとフェルミオンを入れ替えるような変換電弱相互作用のスケール（数百GeV）とプランクスケール（1019GeV）の間のギャップを安定化 LHCで新しい粒子（スーパー・パートナー）は見つかるか？超対称性の破れのメカニズムを理解できるか？力の統一に対する理論的アプローチ • 大統一理論電弱相互作用強い相互作用ゲージ対称性 SU(2)×U(1) SU(3) SU(5)など陽子をπ中間子と陽電子に変えるようなゲージ相互作用が現れる陽子崩壊を予言（cf. カミオカンデ） • 超弦理論点粒子描像を捨てることにより力を統一自然に重力を含む「究極の統一理論」超弦理論の基本的な考え方電光子弱強グルオン重グラビトン • 弦の振動の仕方で様々な粒子を表す • 点粒子ではなく、広がりを持った弦力の統一量子重力理論の困難を克服ブラックホールの内部構造の解明 Ref.) Hanada-J.N.-Takeuchi, Anagnostopoulos-Hanada- J.N.-Takeuchi, Hanada-Miwa-J.N.-Takeuchi, Hanada-Hyakutake-J.N.-Takeuchi, Hanada-J.N.-Sekino-Yoneya, PRL 99 (’07) 161602 PRL 100 (’08) 021601 PRL 102 (’09) 181602 PRL 102 (’09) 191602 PRL 104 (’10) 151601 ブラックホールの``熱力学’’ • ホーキング輻射（1974年）何もない真空中でも・・・？？対生成温度を持った‘物体’に見える対消滅ブラックホールの``熱力学’’の微視的理解は、量子重力理論の試金石 • ブラックホール中心：時空の曲率が発散！一般相対性理論が破綻曲率半径がプランク長程度になると量子効果が無視できなくなる重力の量子効果を正しく記述できる理論が必要超弦理論の数値シミュレーション花田-百武-西村-竹内 (’08) この弦のゆらぎを量子統計力学的に計算。ホーキングの理論超弦理論によるブラックホール熱力学の微視的理解重力（時空）の量子論としての正しさ、有用性を強く示唆 ↑毎日(08.1.20) そのほか日経、朝日、読売、産経、日刊工業、茨城、CERN Courierなどに掲載計算に用いたKEKのスパコン（Hitachi SR11000）超弦理論の数値的研究の大きな成果数値シミュレーションの意義 • ブラックホールの内部を記述する超弦理論 1d gauge theory p.b.c. anti p.b.c. 最大の超対称性を持つゲージ理論の数値シミュレーションに初めて成功（「格子」を使わず、有限個のフーリエモードを扱う新しい手法）ゲージ・重力対応の検証という側面 (’97) マルダセナ予想ブレーン次元の広がりを持つ開弦／閉弦双対性グラビトンを放出ゲージ粒子が伝播 N枚次元ゲージ理論低エネルギー極限曲がった10次元時空 15 数値シミュレーションにより、ゲージ・重力対応を第一原理から検証宇宙の起源に迫れるか？超弦理論の非摂動的定式化 (QCDにおける格子ゲージ理論に相当する定式化) 「IKKT行列模型」 10個の石橋、川合、北澤、土屋 (’97) エルミート行列 4Ｄもともと弦の伝播しうる10次元の世界に我々の住む4次元の世界が現れるか？ 10Ｄ IKKT行列模型における自由エネルギーの計算（ガウス展開法に基づく）西村ー大久保ー杉野（進行中）自由エネルギー３次元時空？！次元数値シミュレーションで探る宇宙の起源 • IKKT行列模型の数値シミュレーションガウス展開法の結果を再検討（Anagnostopoulos-東-西村、進行中） • IKKT行列模型は何を記述しているのか？時間は純虚数として扱われている初期宇宙（Hartle-Hawking的描像）（格子ゲージ理論でも同様） • 時間発展する宇宙を記述する行列模型の考案時間を実数として扱う底なしポテンシャル（宇宙は膨張しているからよいのか？）４．まとめ • 超対称性を持ったゲージ理論の数値シミュレーションに初めて成功 • 超弦理論から予想されるゲージ・重力対応を第一原理から検証 • ブラックホールの熱力学に対する微視的理解 “Supersymmetry, strings and blackholes” 素粒子理論の今後の発展においてカギとなるアイディアが、計算機シミュレーションで調べられるようになってきた！