[論文レビュー] Multi-Stream Inflation: Bifurcations and Recombinations in the Multiverse

Yi Wang|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2009

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、ストリング理論のランドスケープ内におけるインフレーション軌道の分岐を誘発するメカニズムとして、マルチストリームインフレーションを提案し、観測可能なインフレーション期に非ガウス性、ドメインフェンス、CMB非対称性といった観測可能な効果をもたらす。さらに、永遠のインフレーション期における分岐は、バブルユニバースを生成する代替的で効率的なメカニズムを提供し、永遠のインフレーションの局所的終焉ルートを提示することで、その測度を低減し、マルチバース宇宙論における新たなダイナミクスをもたらす。

ABSTRACT

In this Letter, we briefly review the multi-stream inflation scenario, and discuss its implications in the string theory landscape and the inflationary multiverse. In multi-stream inflation, the inflation trajectory encounters bifurcations. If these bifurcations are in the observable stage of inflation, then interesting observational effects can take place, such as domain fences, non-Gaussianities, features and asymmetries in the CMB. On the other hand, if the bifurcation takes place in the eternal stage of inflation, it provides an alternative creation mechanism of bubbles universes in eternal inflation, as well as a mechanism to locally terminate eternal inflation, which reduces the measure of eternal inflation.

研究の動機と目的

• マルチストリームインフレーションにおける分岐が、非ガウス性、非対称性、特徴を含む観測可能なCMB特徴に与える影響を調査すること。
• 特に、バブルユニバースの生成という点で、マルチストリームインフレーションがストリング理論のランドスケープにおいて果たす役割を調査すること。
• 分岐が、トンネル効果に代わるより効率的なバブルユニバース生成メカニズムであり、永遠のインフレーションの終焉をもたらす可能性があるかどうかを分析すること。
• 分岐境界で形成される一時的で張力のないドメインウォール様構造（ドメインフェンス）の宇宙論的影響を検討すること。

提案手法

• 分岐が特定の共動スケールで発生するランダムでランドスケープ様構造を持つ多スカラー場ポテンシャル内のインフレーション軌道としてモデル化する。
• 対称的およびほぼ対称的な分岐を、有効場理論的手法を用いて分析し、特に準単一スカラー場インフレーションの結果を応用して非ガウス性を計算する。
• 非ガウス性パラメータ $ f_{NL} \rightarrow P_{\rho}^{-1/2} \frac{1}{H} \frac{\theta^{3}}{\theta^{3}} \frac{\theta^{3}}{\theta^{3}} $ を導出する。ここで $ \theta $ は真のインフレーション方向と $ \rho $-方向との間の角度を表す。
• 永遠のインフレーション期における分岐のダイナミクスを研究し、トンネル効果に依存しないメカニズムによるバブルユニバース生成と、段階的バブル形成の可能性を検討する。
• 分岐後の異なる軌道の確率分布を評価し、ハッキング＝モース瞬間子に類似した指数的に抑制されたケースを含む。
• 再結合後に張力が失われるため、標準のドメインウォール問題を回避する、一時的なパッチ間境界としてのドメインフェンスの宇宙論的影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチストリームインフレーションにおける分岐は、非ガウス性や非対称性を含む観測可能なCMB特徴を生成できるか？
• RQ2 分岐点で形成される、インフレーションパッチ間の一時的で張力のない境界（ドメインフェンス）は、宇宙論的観測量にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 永遠のインフレーション期における分岐は、コロンベ＝デルゥッチャのトンネル効果に代わるバブルユニバース生成の代替手段として機能できるか？
• RQ4 分岐後にインフレーション軌道が再結合する場合、物理法則が同一の宇宙が得られるか、それとも異なる真空期待値を持つのか？
• RQ5 マルチストリームインフレーションは、段階的バブル生成によって永遠のインフレーションを局所的に終了させることができ、その結果として永遠のインフレーションの測度にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• 対称的分岐は準単一スカラー場インフレーションのダイナミクスを引き起こし、非ガウス性 $ f_{NL} \rightarrow P_{\rho}^{-1/2} \frac{1}{H} \frac{\theta^{3}}{\theta^{3}} \frac{\theta^{3}}{\theta^{3}} $ のオーダーで発生し、CMBにおいて観測可能である可能性がある。
• 分岐点で形成されるドメインフェンス——一時的で張力のないパッチ間境界——は、宇宙論的災害を伴わず形成可能であり、観測可能な構造の新たなクラスを提供する。
• 永遠のインフレーション期における分岐は、ほぼ等しい空間的体積を持つバブルユニバースを生成可能であり、トンネル効果に基づくメカニズムに代わる代替手段を提供し、永遠のインフレーションの測度を変化させる。
• 一方の軌道が永遠で、他方がそうでない場合、バブル生成の段階的連鎖が発生し、永遠のインフレーションが効率的に終焉し、その測度が低減する。
• 非対称的分岐で、異なる軌道の確率が指数的に異なる場合、ハッキング＝モース瞬間子の挙動を模倣し、まれだが顕著な遷移を可能にする。
• 分岐後にインフレーション軌道が再結合すると、物理法則と定数が同一の宇宙が得られるが、再結合しない軌道では、マルチバース内で異なる物理法則が成立する。