[論文レビュー] Tachyonic Preheating

Lev Kofman|ArXiv.org|Jul 26, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、凹型ポテンシャルにおけるタキオン不安定性によって引き起こされる、インフレートン場からスカラー波へのエネルギー移動を急速に実現するtachyonic preheatingを導入する。これは、対称性の自発的破れの過程で発生する。エネルギーの大部分が1回の振動周期内に古典的波に変換されることを示しており、特にハイブリッド型およびブレインフレーションモデルにおいて極めて高い効率を示す。

ABSTRACT

I review the theory of preheating after inflation, focusing on the recently found tachyonic preheating in the theories with spontaneous symmetry breaking. This occurs due to the tachyonic instability of the scalar field near the top of its effective potential. Contrary to the common expectation, tachyonic instability converts most of the energy into that of colliding classical waves very rapidly, within a single oscillation. Efficient tachyonic preheating is typical for the hybrid inflationary scenario, including SUSY motivated and brane inflation models.

研究の動機と目的

• インフレーション後のpreheatingのダイナミクスを調査すること、特に対称性の自発的破れを伴う理論におけるものである。
• タキオン不安定性がインフレートンからスカラー波へのエネルギー移動をどのように加速させるかを理解すること。
• 凹型有効ポテンシャルを持つモデルにおいて、tachyonic preheatingがパラメトリック共鳴よりも優位であるかどうかを特定すること。
• この急速なエネルギー移動の宇宙論的影響、特にハイブリッド型および小場型インフレーションモデルにおけるものについて評価すること。
• tachyonic preheatingが、エキプロティックおよびピロテクニック的モデルを含む代替的宇宙論的シナリオにおいてどのように関連するかを探索すること。

提案手法

• 超対称性およびストリング理論に由来するモデルにおける有効場理論を用いて、ゆっくりと変化するde Sitter型幾何の下でのスカラー場のダイナミクスを分析する。
• 有効ポテンシャルの頂点付近におけるスカラー場の振る舞いに注目し、ポテンシャルの2階微分が正（V''(ϕ) > 0）となる領域でタキオン不安定性が生じることを検証する。
• 非一様場モードの真空ゆらぎからの増大をモデル化するために、パラメトリック共鳴および古典的波乱流の枠組みを適用する。
• 系における混沌と強力な乱流の発生を定量化するために、リャプノフ指数を用いる。これにより、エネルギーの急速な局在化が示唆される。
• カオス的で強い乱流の発生が急速に進行し、リャプノフ指数が場の配置の急激な発散を示す。
• tachyonic preheatingと、カオス的およびハイブリッド型インフレーションモデルにおける従来のパラメトリック共鳴を比較する。
• 場の非一様性および量子ゆらぎが、tachyonicと共鳴的メカニズムの優位性を決定づける役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 凹型ポテンシャルにおけるタキオン不安定性は、標準的なパラメトリック共鳴と比較して、preheating中にエネルギー移動をどのように加速するか？
• RQ2 tachyonic preheatingにおいて、1回の振動周期内にインフレートンエネルギーの何パーセントが古典的波に変換されるか？
• RQ3 特にハイブリッド型または小場型インフレーションモデルにおいて、tachyonic preheatingが支配的な再結合メカニズムとなるのはどのモデルか？
• RQ4 宇宙の膨張が、大規模な非一様性を持つモデルにおけるタキオン不安定性の発展にどのように影響するか？
• RQ5 tachyonic preheatingは、エキプロティックまたはピロテクニック的宇宙論的シナリオにおいて、密度ゆらぎを生成する有効なメカニズムを提供できるか？

主な発見

• tachyonic preheatingは、スカラー場分布の1回の振動周期内に、インフレートンエネルギーの大部分を古典的波に変換する。
• このプロセスは、凹型ポテンシャル（V''(ϕ) < 0）におけるタキオン不安定性によって駆動され、場の非一様性が指数関数的に増大する。
• 特にハイブリッド型インフレーションモデル、SUSYに由来するモデルおよびブレインフレーションのシナリオにおいて、このメカニズムは極めて効率的である。
• プランク質量に比べて対称性の自発的破れのスケールがはるかに小さい小場型モデルでは、tachyonic preheatingがパラメトリック共鳴を上回る。
• 強力な乱流および混沌の発生は急速に進行し、リャプノフ指数により、場の配置の急激な発散が示される。
• tachyonic preheatingは、エキプロティックなシナリオを含む代替的宇宙論的モデルにおいて、密度ゆらぎを生成するシンプルで頑健なメカニズムを提供する。