弦/M理论中的膜世界绘景及其在宇宙学和天体物理学中的应用

在此项目中申请人及合作者将系统地研究弦/M理论下Orbifold膜世界绘景模型。我们将致力于这类模型在宇宙学，天体物理学及高能物理实验中的应用。首先我们将系统地研究Radion场与引力Kaluza-Klein模（Modes）和标准场之间的耦合，并寻找可被近期LHC等高能实验验证的观测信号。我们也将研究它们在超引力框架中的嵌入，以此寻找可能的暗物质，例如规范的玻色子和费米子。同时还将研究膜宇宙模型下的暴涨理论和线性微扰，以及进行宇宙学模型甄别的研究。此外，我们将理论建模与数值分析相结合，利用宇宙学观测数据对所建模型进行数值分析和验证。我们也将改进和完善现有的数值计算方法，开发更加有效的数值模拟软件。本项目将对基础物理的研究和将来的发展具有切实的意义，同时对相关的研究领域具有重要的参考价值和应用前景。

在国家自然科学基金专项基金的支持下，本项目成员（武强副研究员，朱涛副教授，徐东辉副教授）在弦/M理论宇宙学，Horava-Lifshitz（HL）引力理论等方面做了大量深入的研究。特别是我们应用Horava-Lifshitz引力理论，研究了早期宇宙暴涨模型和原初引力波的极化，非高斯性等问题，得到了很多有意义的结果。期间共发表学术论文8篇，全部为SCI收录，其中有7篇论文发表在影响因子大于4的高水平杂志（PRD，JACP，JHEP）上，达到了了研究计划预定的目标。. 本项目原计划研究基于弦／M理论的引力理论及其在宇宙学和天体物理中的应用，研究过程中我们集中研究了与之相关的Horava-Lifshitz引力理论及其应用。首先， 我们研究了Horava-Lifshitz理论面临的诸多问题，通过引入U(1)对称性的方案，解决了理论中存在的不稳定性以及强耦合等问题；其次，我们应用HL理论研究了早期宇宙的暴涨模型，特别是在没有Projectability条件的情形下，得到了更一般的标量微扰解，计算了暴涨模型的功率谱和谱指数等宇宙学观测量；另外，我们也着重研究了HL理论框架下宇宙原初引力波的偏极化以及非高斯性等性质，从而可以将引力理论和将来引力波的观测实验相结合；最后我们也研究了旋转黑洞的量子遂穿等其他问题。. 在项目研究期间，项目成员积极参与国际国内合作。文章的合作者包括美国贝勒大学，中国科技大学，重庆邮电大学等。并且项目组成员多次参与国内外的学术交流和访问，例如项目负责人2013年12月参加了在美国达拉斯市举办的“第27届德克萨斯相对论天体物理学会议”，并且做了报告。