[論文レビュー] Symmetry breaking and cosmic acceleration in scalar field models

H. Mohseni Sadjadi, M. Honardoost+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、対称性の破れが宇宙膨張の加速を引き起こす新しいスカラー場ダークエネルギー模型を提案する。ダークマター密度が臨界閾値未満に低下すると、スカラー場はそのポテンシャルを上昇し、正のポテンシャルエネルギーを生じさせ、これが後期の加速を駆動する。このモデルは、調整されたダークセクター相互作用によって実現される新しい真空状態と正のコスモロジカル定数を介して、永久的な加速を達成する。

ABSTRACT

We propose a new scenario for the onset of acceleration of our Universe based on symmetry breaking in a scalar field dark energy model. In this model, when dark matter density becomes less than a critical value, the effective shape of the potential is changed and, unlike the symmetron and hybrid quintessence models, the quintessence field climbs up along its own potential. This procedure establishes the positivity of the potential required for the Universe to accelerate. In addition, we show that by choosing an appropriate interaction between dark sectors there is the possibility that the scalar field resides in a new vacuum giving rise to a positive cosmological constant which is responsible for a permanent late time acceleration.

研究の動機と目的

• 対称性の破れを含むスカラー場ダークエネルギー模型における新しいメカニズムを提案することで、宇宙加速問題を解決すること。
• 対称性の破れ後にスカラー場がどのようにポテンシャルを上昇し、正のポテンシャルエネルギーと加速を生じさせるかを説明すること。
• 新しい真空状態における正のコスモロジカル定数を持つ場の安定化に寄与するダークセクター相互作用の役割を明らかにすること。
• 動的に変化するスカラー場模型における真空遷移を通じて、永久的な後期加速の可能性を示すこと。

提案手法

• ダークマター密度が臨界値未満に低下すると、対称性の破れによってポテンシャルの形状が変化するスカラー場模型を導入する。
• ダークマター密度に応じて変化する有効ポテンシャルを用いてスカラー場のダイナミクスをモデル化し、場がより高いポテンシャルエネルギーへと上昇できるようにする。
• スカラー場とダークマターの間の相互作用項を組み込み、正のエネルギー密度を持つ新しい真空状態に場を安定化させる。
• 修正されたクライン＝ゴルドン方程式を用いて、場の振る舞いとポテンシャルエネルギーの寄与を追跡する宇宙論的進化を分析する。
• スカラー場が新しい真空状態の安定した最小値に到達し、正のコスモロジカル定数を生じる条件を導出する。
• 位相空間解析を用いて、系がデSitterに類似した膨張状態へと進化することを示し、永久的加速を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー場モデルにおける対称性の破れが、どのように正のポテンシャルエネルギーを生じさせ、宇宙加速を引き起こすのか？
• RQ2 対称性の破れ後にスカラー場がポテンシャルを上昇する条件とは何か？ロールダウンするのではなく。
• RQ3 ダークセクター相互作用は、新しい真空状態におけるスカラー場の安定性と最終状態にどのように影響するか？
• RQ4 真空遷移と正のコスモロジカル定数を通じて、このモデルが永久的な後期加速を達成できるか？
• RQ5 ダークマター密度は、スカラー場ダイナミクスにおける対称性破れ遷移のトリガーとして果たす役割は何か？

主な発見

• 対称性の破れ後に有効ポテンシャルの形状が変化することにより、スカラー場はポテンシャルを上昇し、正のポテンシャルエネルギーを実現する。
• 場が新しい真空状態に落ち着くことで、モデルは正のコスモロジカル定数を達成し、永久的な後期加速を保証する。
• ダークセクター相互作用は、場が元の状態に戻るのを防ぐために、新しい真空状態での安定化に不可欠である。
• 加速への遷移はダークマター密度の臨界的低下によって引き起こされ、このメカニズムは自己調整的である。
• 系はデSitterに類似したフェーズへと進化し、観測された宇宙加速と整合的である。
• 微調整された初期条件や明示的なコスモロジカル定数項を必要とせず、宇宙加速のメカニズムを提供する。