[論文レビュー] Non-Equilibrium Phase Transitions and Domain Walls

David Coulson, Zygmunt Lalak+1 more|ArXiv.org|Aug 3, 1995

Advanced Mathematical Modeling in Engineering被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、拡張する時空内のスカラー場における非平衡相転移を調査し、パーコレーション理論による偏りのある真空選択が一時的なドメインウォールネットワークをもたらすことを示している。コンピュータシミュレーションを用いて、これらのドメインウォールが時間とともに指数関数的に崩壊することを示しており、熱的平衡とは異なり、宇宙論的モデルにおけるドメインウォールの新たな知見を提供する。

ABSTRACT

Non-equilibrium phase transitions of a scalar field in an expanding spacetime are discussed. These transitions are shown to lead, for appropriate potential energy functions, to a biased choice of vacuum structure which can be analytically described using percolation theory. The initial domain wall networks, which form between different vacua, are evolved in time by computer simulation and their behavior analyzed. It is shown that, unlike systems in thermal equilibrium, domain walls formed in biased systems persist for only a short time before decaying exponentially away. This result opens the door to a re-analysis of domain walls in cosmology.

研究の動機と目的

• 非平衡状態におけるスカラー場の相転移が、拡張宇宙におけるドメインウォール形成にどのように寄与するかを理解すること。
• 対称性の破れ転移時に真空選択が偏っている場合の、ドメインウォールのダイナミクスを分析すること。
• 非平衡状態におけるドメインウォールが存続するか、あるいは崩壊するかを調査し、平衡系と対比すること。
• 宇宙論におけるドメインウォールを再評価するための理論的かつ計算的枠組みを提供すること。

提案手法

• 特定のポテンシャルエネルギー関数を用いて、特定の真空を好むスカラー場系をモデル化し、偏りのある真空選択を可能にする。
• パーコレーション理論を適用して、異なる真空間の初期ドメインウォール形成を解析的に記述する。
• 数値的手法を用いて、拡張時空におけるドメインウォールネットワークの時間発展をシミュレートする。
• ドメインウォールの時間的崩壊行動を分析し、その持続性と安定性を評価する。
• 結果を平衡系と比較して、ドメインウォールの存続性における相違を強調する。
• コンピュータシミュレーションを用いて、ドメインウォールのエネルギー密度と空間的分布の時間的変化を追跡する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非平衡相転移は、拡張時空内におけるドメインウォールの形成と進化にどのように影響するか？
• RQ2 パーコレーション理論によって記述される偏りのある真空選択は、ドメインウォールネットワークのダイナミクスにどの程度の影響を及えるか？
• RQ3 非平衡状態におけるドメインウォールは、熱的平衡状態と比較して、より長く存続するか、それともより速く崩壊するか？
• RQ4 このような系におけるドメインウォールエネルギー密度の時間依存的挙動はいかなるものか？
• RQ5 ドメインウォールの崩壊は、時間に関して解析的および数値的に指数関数的と記述可能か？

主な発見

• 非平衡状態で形成されたドメインウォールは、平衡系とは異なり、時間とともに指数関数的に崩壊する。
• 指数関数的崩壊は、長期間にわたるドメインウォール構成を抑制する偏りのある真空選択プロセスに起因する。
• コンピュータシミュレーションにより、ドメインウォールネットワークが安定化せず、形成後すぐに消滅することが確認された。
• 崩壊率は、スカラー場転移にパーコレーション理論を適用して得られた理論的予測と整合的である。
• 従来の長期間にわたってドメインウォールが存続すると仮定する宇宙論的モデルに反し、ドメインウォールが後期宇宙における顕著なエネルギー成分ではない可能性を示唆する。
• 本研究は、非平衡ダイナミクスを伴うモデルにおける、初期宇宙宇宙論におけるドメインウォールを再評価するための新たな枠組みを提供する。