[論文レビュー] Chain Inflation: "Bubble Bubble Toil and Trouble"

Katherine Freese, Douglas Spolyar|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 20

ひとこと要約

この論文では、連鎖的に結合されたスカラー場の連鎖が、それぞれがわずか数分の1のe-foldを寄与する形で段階的にインフレーションを経験するモデル、Chain Inflationを提案する。このモデルは、場同士の相互作用がトンネル過程を触媒することで、急速な崩壊を引き起こし、再加熱を保証するための滑らかな脱出を可能にする。自然な結合定数やパラメータに対しても安定したメカニズムを提供する。

ABSTRACT

We propose the model of Chain Inflation, in which a sequential chain of coupled scalar fields can drive inflation. Motivated by the stringy landscape, we allow the number of fields to be very large, ranging from hundreds to many more; we note that the model is quite general and applies to any multidimensional potential, in string theory or otherwise. Each stage of inflation (which can be thought of as one of the fields achieving its true vacuum) contributes only a fraction of an e-fold. The coupling between the fields is crucial to achieving reheating. We focus in particular on a sequential chain of tunneling fields, where the nucleation rate of each of the fields is catalyzed to change radically from slow to fast by interaction with other fields in the chain, so that ``graceful exit'' is achieved. The model is quite generic and succeeds for natural couplings and parameters.

研究の動機と目的

• 多数のスカラー場を有する多場モデルにおけるインフレーションの滑らかな脱出を達成する挑戦に応えること。
• 場間の結合がトンネル率をどのように触媒し、段階的インフレーションと効率的な再加熱を可能にするかを明らかにすること。
• 弦理論のランドスケープや多次元ポテンシャルに適用可能な、一般的でパラメータに頑健なインフレーションメカニズムを構築すること。
• 各場がわずか数分の1のe-foldしか寄与しないことから、多数の場を用いてもモデルが有効であることを示すこと。

提案手法

• モデルは、量子トンネル化による真性真空への崩壊を許容するポテンシャルを持つ、結合されたスカラー場の連鎖を採用する。
• 連鎖内の各場は偽真性真空に初期化され、隣接する場との相互作用によってトンネル率が触媒され、トンネル過程が加速される。
• インフレーションの段階的性質は、同時に真性真空に遷移する場が常に1つだけであるように保証されることで維持される。
• 場間の結合は、ゆっくりとしたトンネルから速やかなトンネルへの遷移を可能にするように調整されており、各段階の後に再加熱が促進される。
• モデルは多次元ポテンシャルの文脈で分析され、弦理論に限らず、多数の相互作用するスカラー場を有するあらゆる系に一般化可能である。
• 力学は有効ポテンシャルと崩壊率の計算によって支配され、場の相互作用によってトンネル率が増幅される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多数のスカラー場を用いて、合計で50〜60 e-foldsのインフレーションを段階的に達成する方法は何か？
• RQ2 場間の結合がトンネル率をどのように触媒し、インフレーションからの滑らかな脱出を可能にするか？
• RQ3 微調整された初期条件やパラメータを必要とせず、再加熱を効率的に達成できるか？
• RQ4 結合定数や場の配置の違いに対しても、このメカニズムはどれほど一般化可能か？
• RQ5 多数の真空を有する弦理論のランドスケープの文脈で、このモデルは有効か？

主な発見

• モデルは、隣接する場との相互作用によってトンネル率が著しく増大する触媒作用によるトンネル化を通じて、インフレーションからの滑らかな脱出を成功裏に達成する。
• 各場はわずか数分の1のe-foldしか寄与しないが、これにより長大な場の連鎖を通じて合計のe-foldsが蓄積される。
• 自然な結合定数やパラメータに対してもメカニズムは頑健であり、インフレーションと再加熱を達成するために微調整は不要である。
• 段階的崩壊プロセスにより、インフレーションは各場が順次真性真空に遷移する形で段階的に進行する。
• モデルは弦理論に限らず、任意の多次元ポテンシャルに一般化可能であり、広範な宇宙論的状況に適用可能である。
• 場間の結合は、ゆっくりとしたトンネルから速やかなトンネルへの遷移を可能にするために不可欠であり、これにより長期間のインフレーションを回避し、効率的な再加熱を実現する。