[論文レビュー] The cosmological model with an analytic exit from inflation

S. V. Chervon, V. M. Zhuravlev|ArXiv.org|Jul 14, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、自己相互作用するスカラー場を有する空間的に平坦で均一かつ等方的な宇宙に対して、インフレーションから放射支配時代への滑らかで数学的に厳密な遷移を可能にする正確な解析的解を提示する。スカラー場のポテンシャルを微調整することにより、数値近似を必要とせずにインフレーションの『脱出』が達成され、インフレーションはヒッグスボソンの崩壊によって駆動され、その後のフレリデュ・レジームは特定の状態方程式を有する断熱的拡張から生じる。

ABSTRACT

A cosmological model of homogeneous and isotropic spatially flat Universe with gravitating self-interacting scalar field is considered. The exact solution, admitting an analytical exit from inflationary stage into a radiation era and a matter dominated epoch, is obtained by virtue of ``fine turning of the potential'' method. We found that an inflationary stage is supported by decay of higgs bosons in the framework of the solution obtained. Freidmann's regim is associated with adiabatical expantion of the Universe, filled by the matter with special equation of state. Thus we presented the exact solution which solve the problem of transition from an inflationary to a radiation eras or long standing `exit' problem.

研究の動機と目的

• インフレーション宇宙論における長年の『脱出問題』を解決すること。すなわち、インフレーションから放射／物質支配時代への滑らかな遷移を解析的に達成することが困難である。
• 数値近似を一切用いずに、インフレーションと放射支配時代への遷移を支持する完全な解析的宇宙論モデルを構築すること。
• ヒッグスボソンの崩壊が一貫した正確な解の枠組み内でインフレーションを駆動できることを示すこと。
• スカラー場の断熱的拡張と宇宙の標準フレリデュ進化との間の関係を確立すること。
• 出口段階における微調整や数値近似の必要性を回避する閉形式の解を提供すること。

提案手法

• モデルは、自己相互作用するスカラー場を有する空間的に平坦で均一かつ等方的なフレリデュ＝ロバートソン＝ウォーカー計量を採用する。
• 正確な解析的解を保証するために、『ポテンシャルの微調整』法を用いてスカラー場ポテンシャルを明示的に構築する。
• スカラー場のダイナミクスとエネルギー運動量テンソルに関する特定の仮定の下で、アインシュタイン-スカラー場方程式を解くことにより解を導出する。
• インフレーションはヒッグス粒子の崩壊によって維持され、これがスカラー場の有効エネルギー密度および圧力に寄与する。
• スカラー場の滑らかな時間的進化を通じて、放射支配時代への遷移が達成され、状態方程式パラメータが適切に変化する。
• 得られた解は、インフレーション後の段階で標準フレリデュレジームと一致しており、標準宇宙論と整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空間的に平坦な宇宙において、インフレーションから放射支配時代への滑らかな遷移を記述する完全な解析的解を構築することは可能か？
• RQ2 インフレーションから放射支配への正確な遷移を可能にするために、スカラー場ポテンシャルはどのような形をとるべきか？
• RQ3 ヒッグスボソンの崩壊をスカラー場ダイナミクスに一貫して組み込むにはどうすればよいか？
• RQ4 断熱的拡張がインフレーション段階と標準フレリデュ進化との間の接続を果たす役割は何か？
• RQ5 提案されたモデルは、出口段階における数値近似や微調整の必要性を回避するか？

主な発見

• 空間的に平坦で均一かつ等方的であり、自己相互作用するスカラー場を有する宇宙に対して、正確な解析的解が導出された。
• 数値近似を一切用いずに、インフレーション段階から放射支配時代への滑らかで数学的に厳密な遷移が可能となった。
• インフレーションはヒッグス粒子の崩壊によって駆動され、これがスカラー場の有効エネルギー密度および圧力に寄与する。
• インフレーション後の段階は標準フレリデュ方程式で記述され、スカラー場の断熱的拡張が期待される状態方程式と一致する。
• スカラー場ポテンシャルは、微調整を用いて明示的に構築され、すべての宇宙論的時代にわたる整合性が保たれた。
• 出口段階における任意の調整や数値近似の必要性を回避する閉形式の解が得られたため、『脱出問題』が解決された。