[論文レビュー] Lorentz-violating inflationary magnetogenesis

Leonardo Campanelli|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、電磁エネルギー運動量テンソルの電気的成分を抑制する古典的背景テンソルを有する、力学的結合されたインフレーション期磁気生成のローレンツ対称性の破れ拡張を提案する。このテンソルを調整することにより、~10^16 GeV のデ de Sitter インフレーションにおいて強い結合およびバックレアクション問題を回避し、スケーリング不変な磁場を生成する。この磁場は宇宙マイクロ波背景放射の観測と整合し、銀河磁場を直接説明できる。

ABSTRACT

A non-conformally invariant coupling between the inflaton and the photon in the minimal Lorentz-violating standard model extension is analyzed. For specific forms of the Lorentz-violating background tensor, the strong-coupling and backreaction problems of magnetogenesis in de Sitter inflation with scale $\sim 10^{16}$GeV are evaded, the electromagnetic-induced primordial spectra of (Gaussian and non-Gaussian) scalar and tensor curvature perturbations are compatible with cosmic microwave background observations, and the inflation-produced magnetic field directly accounts for cosmic magnetic fields.

研究の動機と目的

• 標準的なインフレーション期磁気生成モデルが抱える強い結合およびバックレアクション問題を解決すること。
• 標準模型拡張（SME）におけるローレンツ対称性の破れが、インフレーション期に原始磁場を生成する一貫性のある枠組みを提供できるかを検討すること。
• インフレーション中に生成された電磁場がスカラーおよびテンソル曲率摂動に顕著な影響を及ぼさず、インフレーションのダイナミクスを破壊しないように保証すること。
• 得られる磁場が観測された銀河および銀河団磁場と整合するスケーリング不変な大規模磁場に進化するかどうかを示すこと。

提案手法

• インフレーション場と光子との間の非共形的結合を、ローレンツ対称性の破れを伴うマクスウェルラグランジアンの拡張によって導入する。
• 有効場理論の枠組みにおいて、ローレンツ対称性の破れを、時間に依存しない一様な対称階数2テンソルの古典的背景として実装する。
• インフレーションスケール ~10^16 GeV の de Sitter 背景時空における力学的ダイナミクスを解析し、弱結合領域の有効性を検証する。
• ラグランジアン形式 $\mathcal{L}_{\rm em} = f(\phi)(\mathcal{L}_M + \mathcal{L}_{LV})$ を用い、ここで $\mathcal{L}_{LV}$ はすべての可逆なローレンツ対称性の破れ項を含む。
• 背景テンソルの成分を調整して、電磁エネルギー運動量テンソルの電気的成分を抑制し、バックレアクションを最小限に抑える。
• 背景テンソルの量子揺らぎを検討し、それらが動的に無視可能である条件を導出し、古典的近似の安定性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーション期における光子系におけるローレンツ対称性の破れが、電磁エネルギー運動量テンソルの電気的成分を抑制できるか？
• RQ2 力学的結合磁気生成のローレンツ対称性破れ拡張に、古典的背景テンソルを組み込むことで、強い結合およびバックレアクション問題を回避できるか？
• RQ3 得られるインフレーション生成磁場が、観測された銀河および銀河団磁場と整合するスケーリング不変な大規模磁場に進化できるか？
• RQ4 このモデルにおいて、スカラーおよびテンソル曲率摂動の原始スペクトル（ガウス分布および非ガウス分布）が観測限界内に保たれるか？
• RQ5 背景テンソルの量子揺らぎが無視可能となる条件は何か？ これにより古典的解の安定性が保証される。

主な発見

• ローレンツ対称性破れ背景テンソルの調整により、エネルギースケール ~10^16 GeV の de Sitter インフレーションにおいて、強い結合およびバックレアクション問題を効果的に回避できる。
• 背景テンソルの特定の形により、電磁エネルギー運動量テンソルの電気的成分が抑制され、インフレーションへの顕著なバックレアクションが防止される。
• ガウス分布および非ガウス分布の両方のスカラーおよびテンソル曲率摂動の原始スペクトルは、宇宙マイクロ波背景放射の観測と整合している。
• インフレーションによって生成された電磁場は、振幅 ~10^{-6} G のスケーリング不変な磁場に進化し、観測された銀河磁場を直接説明できる。
• 背景テンソルの量子揺らぎが $|\delta\rho_K|, |\delta p_K| \ll (-k\eta)^2 (m_{\rm Pl}/M)^4$ を満たす場合、動的に無視可能となり、理論的一致性が保証される。
• 本モデルは、従来の非共形的結合モデルの制限を回避する、自己完結的で弱結合の原始磁気生成の枠組みを提供する。