[論文レビュー] Inflation to Structures: EFT all the way

Abhishek Naskar, Argha Banerjee+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 48被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、インフレーション期の量子揺らぎのための切断された作用を導出し、同じEFTパラメータを用いて初期宇宙から大規模構造（LSS）への初期スペクトルの進化を記述することで、インフレーションと大規模構造（LSS）を一貫して結びつけるモデルに依存しない有効場理論（EFT）フレームワークを開発する。このフレームワークは、Planck 2015データを用いてパラメータを制約し、SDSS-DR7およびWiggleZ LSSデータに対して妥当性を検証し、宇宙の各時代にわたる統一的で頑健な記述を達成する。

ABSTRACT

We investigate for an Effective Field Theory (EFT) framework that can consistently explain inflation to Large Scale Structures (LSS). With the development of the construction algorithm of EFT, we arrive at a properly truncated action for the entire scenario. Using this, we compute the two-point correlation function for quantum fluctuations from Goldstone modes and related inflationary observables in terms of coefficients of relevant EFT operators, which we constrain using Planck 2015 data. We then carry forward this primordial power spectrum with the same set of EFT parameters to explain the linear and non-linear regimes of LSS by loop-calculations of the matter overdensity two-point function. For comparative analysis, we make use of two widely accepted transfer functions, namely, BBKS and Eisenstein-Hu, thereby making the analysis robust. We finally corroborate our results with LSS data from SDSS-DR7 and WiggleZ. The analysis thus results in a consistent, model-independent EFT framework for inflation to structures.

研究の動機と目的

• インフレーションと大規模構造（LSS）形成を結ぶ一貫性があり、モデルに依存しないEFTフレームワークを構築すること。
• インフレーション期の量子揺らぎを記述する適切に切断されたEFT作用を構築すること。
• 初期宇宙観測量のEFT作用素係数をPlanck 2015 CMBデータを用いて制約すること。
• ループ計算を用いて、同じ初期スペクトルを線形および非線形LSS領域に進化させること。
• LSS解析における頑健性を保証するために、広く用いられる2つの伝達関数（BBKSおよびEisenstein-Hu）を適用すること。
• EFT予測のLSSパワースペクトルをSDSS-DR7およびWiggleZの観測データと比較し、一貫性を検証すること。

提案手法

• インフレーションとLSSの両領域で一貫して切断されるEFT作用の構築アルゴリズムを開発すること。
• EFT作用素とその係数を用いて、ゴールドストーンモードからの量子揺らぎの2点相関関数を計算すること。
• インフレーション領域における関連するEFT作用素の係数を、Planck 2015データを用いて制約すること。
• 物質密度の2点関数のループ計算を通じて、得られた初期スペクトルをLSS領域に進化させること。
• LSS解析における頑健性を確保するために、広く用いられる2つの伝達関数（BBKSおよびEisenstein-Hu）を適用すること。
• EFT予測のLSSパワースペクトルを、SDSS-DR7およびWiggleZの観測データと比較して、一貫性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統一的なEFTフレームワークは、インフレーション期の量子揺らぎと大規模構造の形成を一貫して記述できるか？
• RQ2 Planck 2015データで制約されたEFT作用素係数は、LSSの線形および非線形領域における物質パワースペクトルをどのように予測するか？
• RQ3 EFTフレームワークの予測は、SDSS-DR7およびWiggleZの観測LSSデータとどの程度一致するか？
• RQ4 LSS解析において2つの異なる伝達関数（BBKSおよびEisenstein-Hu）を用いた場合、結果の頑健性はどの程度保たれるか？
• RQ5 同じEFTパラメータセットで、初期宇宙のインフレーションと後期の構造形成を記述でき、追加の物理を導入せずに済むか？

主な発見

• EFTフレームワークは、Planck 2015データから得られた一意のパラメータセットを用いて、インフレーションと大規模構造を一貫して結びつけることに成功した。
• ゴールドストーンモードからの量子揺らぎの2点相関関数は、EFT作用素係数の言いかえとして計算され、CMB観測と直接比較可能となった。
• Planck 2015データに適合する同じEFTパラメータが、SDSS-DR7およびWiggleZの観測LSSデータと一致する物質パワースペクトルを生成した。
• BBKSおよびEisenstein-Huの両方の伝達関数を用いることで、異なるLSSモデリング手法に対してもEFT予測の頑健性が確認された。
• 非線形領域における物質密度の2点関数のループ計算が、EFTフレームワークによって一貫して記述され、線形理論を越えた有効性が拡張された。
• フレームワークは、特定の力学的モデルに依存しないインフレーションからLSSへの遷移の記述を達成し、モデルへの依存を最小限に抑えた。