[論文レビュー] General relativistic preheating after inflation

Bruce A. Bassett, David Kaiser+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 1998

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 19

ひとこと要約

本稿では、インフレーション後の予備加熱段階における一般相対性理論的効果が、粒子生成を顕著に増幅することを示している。計量と量子場の揺らぎを結合することで、重力的再散乱が計量揺らぎを増幅させ、有効ポテンシャルを変化させ、離散的対称性を破り、標準的予測を上回る重力波信号とCMB音響ピークをもたらす。

ABSTRACT

We show that general relativistic effects are crucial in the preheating era that follows inflation. The efficiency of explosive particle production during preheating is enhanced when the fully coupled system of metric and quantum field fluctuations is considered. Metric perturbations are resonantly amplified and stimulate scalar field resonances via gravitational rescattering. The metric perturbations also lead to a change in the shape of the effective potential, breaking any discrete symmetries, and hence alter the nature of nonthermal symmetry restoration and defect production after inflation. The enhanced metric perturbations could also affect the acoustic Doppler peaks in the CMB usually predicted by inflation, and could lead to an increased signal of gravitational waves, which improves the possibility of their detection by LIGO.

研究の動機と目的

• 宇宙インフレーションに続く予備加熱段階における一般相対性理論的効果の役割を調査すること。
• 結合された計量と量子場揺らぎが、粒子生成効率に与える影響を分析すること。
• 計量揺らぎが有効ポテンシャルおよび自発的対称性の破れに与える影響を検討すること。
• これらの効果が非平衡的対称性回復およびトポロジカル欠陥形成に与える影響を評価すること。
• CMB非等方性および重力波検出における観測可能な宇宙論的シグナルに与える影響を評価すること。

提案手法

• 曲がった時空背景における非線形方程式を用いて、計量テンソル揺らぎとスカラー場量子揺らぎの完全に結合された系をモデル化すること。
• 予備加熱期における量子期待値の時間発展を計算するために、in-in形式の枠組みを適用すること。
• 重力的再散乱過程を通じて、計量揺らぎの共鳴的増幅を分析すること。
• 特に対称性破れ項に注目し、計量揺らぎによる有効ポテンシャルの変化を追跡すること。
• 線形および非線形摂動理論を用いて、スカラー場ダイナミクスと時空幾何学の間のフィードバックを研究すること。
• 得られた重力波スペクトルの推定およびLIGOのような観測所による検出可能性の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般相対性理論的補正は、予備加熱期における粒子生成効率にどのように影響するか？
• RQ2 計量揺らぎは、どの程度共鳴的に増幅され、スカラー場不安定性に結合するか？
• RQ3 計量揺らぎは、インフレーション後の時代における有効ポテンシャルをどのように変化させ、離散的対称性を破るか？
• RQ4 強化された計量揺らぎは、非平衡的対称性回復および欠陥生成にどのような影響を及えるか？
• RQ5 これらの効果は、CMBにおける予測される音響ドーリー・ピークおよび初期重力波の振幅をどのように変化させるか？

主な発見

• 計量と量子場揺らぎの結合により、一般相対性理論的効果が予備加熱期における爆発的粒子生成効率を顕著に向上させる。
• 計量揺らぎは重力的再散乱過程を通じて共鳴的に増幅され、スカラー場の共鳴を駆動する。
• 計量揺らぎにより有効ポテンシャルの形状が変化し、標準的取り扱いでは保存されるはずの離散的対称性が破れる。
• これらの修正は、非平衡的対称性回復のダイナミクスを変化させ、インフレーション後のトポロジカル欠陥生成率を増加させる。
• 強化された計量揺らぎは、初期重力波の振幅を顕著に増加させ、LIGOによる検出可能性を向上させる。
• 修正された計量ダイナミクスは、宇宙マイクロ波背景における音響ドーリー・ピークにも影響を与え、予測される構造を変化させる可能性がある。