[論文レビュー] Enhanced (p)reheating in DBI Inflation

Anne-Christine Davis, Raquel H. Ribeiro|ArXiv.org|Aug 28, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 29被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、インフレーション場の物質場への非最小結合が、小さな結合定数にもかかわらず、きわめて高い狭帯域パラメトリック共鳴を引き起こすDBI（ディラック＝ボーン＝インフェルト）ハイブリッドインフレーションにおける予熱過程を調査している。研究では、DBIの運動項が予熱効率を向上させ、急速な粒子生成と高い再熱温度をもたらすことが示され、共鳴からボソン的またはフェルミオン的自由度への崩壊への過程への移行が確認された。

ABSTRACT

We study preheating in DBI hybrid inflation. Preheating occurs since the matter fields are non-minimally coupled to the inflaton. Despite the coupling being small, preheating happens as a narrow parametric resonance in which matter fields and inflaton modes are exponentially created. We show that, within the approximations used, the process is very efficient at late times. The resonance stage gives way to the decay of the inflaton into bosonic or fermionic degrees of freedom and the corresponding reheating temperature is determined.

研究の動機と目的

• インフレーションポテンシャルの構築に進展があるにもかかわらず、未だ十分に調査が進んでいないDBIハイブリッドインフレーションモデルにおける予熱メカニズムを調査すること。
• Dブレーンのダイナミクスに起因する非標準的DBI運動項が、標準モデルと比較して予熱の効率とダイナミクスに与える影響を評価すること。
• 共鳴段階の後にインフレーション場が物質場へ崩壊することによって生じる再熱温度を特定すること。
• 標準的運動項を持つ物質場と結合するDBIインフレーション場の文脈において、パラメトリック共鳴から熱平衡への移行を分析すること。

提案手法

• 非最小結合を伴うDBIインフレーション場と物質場 χ を結合するハイブリッドポテンシャル $ V( heta, ho) = 2g^2 heta^2 ho^2 + \frac{g^2}{2}(\rho^2 - \rho_0^2)^2 $ を定式化し、インフレーション場への非最小結合を組み込む。
• 空間的に平坦なFRW背景において、インフレーション場および物質場の運動方程式を導出する。DBIラグランジアン $ \frac{1}{f(\theta)}\big(\frac{1}{\beta} - 1\big) $ を含み、ここで $ \beta = \frac{1}{\beta} $ はローレンツ因子である。
• 場の運動方程式における有効質量および結合項を分析し、パラメトリック共鳴領域に焦点を当てて予熱過程を解析する。
• WKB近似を適用し、場の運動方程式をヒル方程式に変換することで、モードの成長率を決定するフロケ指数 $ \nu_k $ の計算を可能にする。
• 小スケールの $ \theta_2 $ における近似 $ \nu_k \to \frac{1}{2}\big| \theta_2/2 \big| $ を用いて、標準的なマチュー方程式の極限を回復し、共鳴強度を評価する。
• 共鳴の遅刻的挙動を評価し、共鳴段階の後にインフレーション場がボソン的またはフェルミオン的自由度へ崩壊することを示し、再熱温度を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DBI運動項の導入は、標準的運動項と比較して、ハイブリッドインフレーションモデルにおける予熱ダイナミクスにどのように影響を及ぼすか？
• RQ2 インフレーション場と物質場の間の結合定数が小さいにもかかわらず、DBIインフレーションで狭帯域パラメトリック共鳴が生じ得るか？
• RQ3 DBIモデルにおける共鳴段階での粒子生成の効率は何か？ また、標準的ケースと比較するとどうなるか？
• RQ4 共鳴段階の後に得られる再熱温度は何か？ そして、インフレーション場の物質場への崩壊によってどのように決定されるか？
• RQ5 場の運動方程式における時間に依存する質量項および結合項は、予熱過程における量子モードの安定性および成長にどのように影響を及ぼすか？

主な発見

• DBIハイブリッドインフレーションモデルにおける予熱は、時間に依存する有効質量および結合項のおかげで、小さな結合定数であっても、狭帯域パラメトリック共鳴を経由して発生する。
• 共鳴段階では、インフレーション場および物質場の両方のモードが指数関数的に増大し、非摂動的粒子生成プロセスが極めて効率的であることが示された。
• モードの成長率を支配するフロケ指数 $ \nu_k $ は、小スケールの $ \theta_2 $ における近似 $ \nu_k \to \frac{1}{2} \big| \theta_2/2 \big| $ を用いて、標準的なマチュー方程式の挙動を回復する。
• 共鳴段階の後には、インフレーション場がボソン的またはフェルミオン的自由度へ崩壊する過程が続き、熱平衡の開始を示す。
• 再熱温度はインフレーション場の崩壊幅に依存し、DBI作用の非標準的運動構造のおかげで、このプロセスは顕著に強化される。
• このモデルは、DBIインフレーションが高温の再熱温度に至り得ることを示しており、インフレーションと熱的ビッグバンとの接続にとって実現可能な候補である。