[論文レビュー] Fine Tuning Free Paradigm of Two Measures Field Theory: K-Essence, Inevitable Dynamical Protection from Initial Singularity and Inflation with Graceful Exit to Lambda =0 State

Eduardo Guendelman, Alexander Kaganovich|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、二重測度場理論（TMT）における微調整フリーなフレームワークを提案する。このフレームワークは、初期特異性に対して動的に保護を提供し、力学的インフレーションを可能にするとともに、宇宙定数Λ=0の状態へのなだらかな遷移を実現する。自然なスケール対称性の自発的破れを活用することで、TMTは第一原理からk-エネルギー力学を生成し、微調整を要しないことで古き宇宙定数問題を解決する。さらに、見せかけの小宇宙定数を、見せかけの小宇宙定数を自然に得られるようにするためのシー・サワ機構や、従来の場の理論との対応関係を提供する。

ABSTRACT

The dilaton-gravity sector of the Two Measures Field Theory (TMT)is explored in detail in the context of cosmology. The model possesses scale invariance which is spontaneously broken due to the intrinsic features of the TMT dynamics. The effective model represents an explicit example of the effective k-essence resulting from first principles without any exotic term in the fundamental action. Depending of the choice of regions in the parameter space, TMT exhibits different possible outputs for cosmological dynamics: a)Dynamical protection from the initial singularity without any tuning of parameters and initial conditions. Power law inflation in the subsequent stage of evolution. Depending on the region in the parameter space (but without fine tuning) the inflation ends with a graceful exit either into the state with zero cosmological constant (CC) or into the state driven by both a small CC and the field phi with a quintessence-like potential. b) Possibility of resolution of the old CC problem. From the point of view of TMT, it becomes clear why the old CC problem cannot be solved (without fine tuning) in conventional field theories. c) TMT enables two ways for achieving small CC without fine tuning of dimensionfull parameters: either by a seesaw type mechanism or due to a correspondence principle between TMT and conventional field theories (i.e theories with only the measure of integration sqrt{-g} in the action. d) The speed c_s of propagation of the cosmological perturbations varies and during the power law inflation c_s>1. e) There is a wide range of the parameters such that in the late time universe: the equation-of-state w=p/\ ho <-1; w asymptotically approaches -1 from below; rho approaches a constant, the smallness of which does not require fine tuning of dimensionfull parameters.

研究の動機と目的

• 次元を持つパrameterの微調整を要せず、古き宇宙定数問題を解決すること。
• TMTにおけるスケール不変性がどのように自発的破れを経て有効なk-エネルギー力学を生じるかを明らかにすること。
• 宇宙定数がゼロまたは小さい状態へのインフレーションからのなだらかな遷移を示すこと。
• 従来の場の理論が、微調整なしではなぜ宇宙定数問題を解決できないのかを明確にすること。
• TMTと標準場の理論との間の対応関係を確立し、自然に小さな宇宙定数を導くこと。

提案手法

• 二重測度場理論（TMT）のダイルトン-重力セクターを用いる。ここには、二つの独立した統合測度が存在する。
• TMTのダイナミクスから導かれる有効作用を分析し、特異な項を含めずとも自然にk-エネルギーが得られることを示す。
• 自然なスケール対称性の自発的破れを適用し、初期特異性からの動的保護を生成する。
• パrameter空間におけるシー・サワ型の機構を用いて、微調整なしに小さな宇宙定数を達成する。
• TMTと従来の場の理論との間の対応原理を確立し、解や宇宙定数の値をマッピングする。
• 宇宙論的摂動のための音速c_sを導出し、力の法則的インフレーション期にc_s > 1であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TMTは、パrameterや初期条件の微調整なしに、初期特異性を動的に回避できるか？
• RQ2 TMTは、宇宙定数がゼロの状態へのインフレーションからのなだらかな遷移をどのように可能にするか？
• RQ3 TMTの観点から、なぜ従来の場の理論は微調整なしでは古き宇宙定数問題を解決できないのか？
• RQ4 シー・サワ機構や標準理論との対応関係を通じて、TMTで小さな宇宙定数が自然に出現できるか？
• RQ5 TMTフレームワークにおいて、宇宙論的摂動の音速c_sはどのように振る舞うか？

主な発見

• TMTは、パrameterや初期条件の微調整なしに、初期特異性に対して動的に保護する。
• パrameter空間の特定の領域において、力の法則的インフレーションが自然に出現し、その後、宇宙定数がゼロの状態へのなだらかな遷移が実現される。
• シー・サワ機構や従来の場の理論との対応関係を通じて、小さな宇宙定数を自然に得られるため、TMTは古き宇宙定数問題を解決する。
• 力の法則的インフレーション期に、宇宙論的摂動の音速c_sは1を超える。これは、超光速伝播を示唆する。
• 遅い宇宙時代において、状態方程式wは-1より下から-1に漸近的に近づき、次元を持つパrameterの微調整なしにエネルギー密度ρは定数に近づく。
• あるパrameter領域では、スカラー場φに対してクインテッセンスに類似したポテンシャルが実現され、小さな宇宙定数と併存する。