[論文レビュー] Vacuum quantum fluctuations in a quasi de Sitter background

Haidar Sheikhahmadi, Ali Aghamohammadi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、減衰関数 $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ を用いた減衰項を含む準デ de Sitter 背景において、ボソン的スカラー場の真空量子揺らぎを減算正則化を用いて分析し、質量のある場および質量のない場のエネルギー密度を導出している。観測データ（CMB、BAO、SNeIa）と最も一致するのは $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ のモデルであり、ダークエネルギーの進化を一貫した枠組みで記述できることが示された。

ABSTRACT

During this work, using subtraction renormalization mechanism, zero point quantum fluctuations for bosonic scalar fields in a de-Sitter like background are investigated. By virtue of the observed value for spectral index, $n_s(k)$, for massive scalar field the best value for the first slow roll parameter, $\epsilon$, is achieved. In addition the energy density of vacuum quantum fluctuations for massless scalar field is obtained. The effects of these fluctuations on other components of the Universe are studied. By solving the conservation equation, for some different examples, the energy density for different components of the Universe are obtained. In the case which, all components of the Universe are in an interaction, the different dissipation functions, $ ilde{Q}_{i}$, are considered. The time evolution of ${ ho_{DE}(z)}/{ ho_{cri}(z)}$ shows that $ ilde{Q}=3 \gamma H(t) ho_{m}$ has best agreement in comparison to observational data including CMB, BAO and SNeIa data set.

研究の動機と目的

• 準デ de Sitter 空間におけるスカラー場のゼロ点量子揺らぎを減算正則化を用いて分析すること。
• 質量のあるスカラー場に対して、観測されたスペクトル指数 $n_s(k)$ をもとに、最初のスローロールパラメータ $\epsilon$ の最適値を特定すること。
• 質量のないスカラー場の真空揺らぎのエネルギー密度を計算し、その宇宙論的影響を評価すること。
• 相互作用を伴う成分とさまざまな減衰関数を用いて、ダークエネルギー密度の時間的進化を相対的臨界密度に対してモデル化すること。
• CMB、BAO、SNeIa の観測データと最も一致する減衰関数を特定すること。

提案手法

• 準デ de Sitter 背景におけるスカラー場の真空エネルギー計算における発散を減算正則化を用いて取り扱うこと。
• 質量のあるスカラー場に対して、観測されたスペクトル指数 $n_s(k)$ を用いて最初のスローロールパラメータ $\epsilon$ を制約すること。
• 同じ背景において、質量のないスカラー場の真空エネルギー密度を計算すること。
• 異なる減衰関数 $\tilde{Q}_i$ を持つ複数の相互作用する宇宙成分の保存方程式を解くこと。
• さまざまな $\tilde{Q}_i$ モデル下での $\rho_{DE}(z)/\rho_{cri}(z)$ の時間的進化を評価し、観測データセットと比較すること。
• 予測されたダークエネルギー密度の進化と観測結果を比較することで、CMB、BAO、SNeIa データとの整合性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたスペクトル指数 $n_s(k)$ をもとに、質量のあるスカラー場に対して最適な最初のスローロールパラメータ $\epsilon$ は何か？
• RQ2 準デ de Sitter 背景における質量のないスカラー場の真空量子揺らぎのエネルギー密度は何か？
• RQ3 真空揺らぎは、さまざまな宇宙成分のエネルギー密度の進化にどのように影響を与えるか？
• RQ4 観測データの文脈において、ダークエネルギーと物質成分の間の相互作用を最もよく記述する減衰関数 $\tilde{Q}_i$ は何か？
• RQ5 $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ のモデルは、赤方偏移の関数として観測されたダークエネルギー密度の進化をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 質量のあるスカラー場に対して、観測されたスペクトル指数 $n_s(k)$ をもとに、最初のスローロールパラメータ $\epsilon$ の最良適合値が特定された。
• 質量のないスカラー場の真空量子揺らぎのエネルギー密度が、準デ de Sitter 背景において明示的に計算された。
• さまざまな減衰関数の下で $\rho_{DE}(z)/\rho_{cri}(z)$ の時間的進化が導出され、相互作用モデルに依存することが示された。
• 検証されたモデルの中で、$\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ が CMB、BAO、SNeIa の観測データの組み合わせと最も一致した。
• $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ のモデルは、現在の宇宙論的観測と整合するダークエネルギーの進化を一貫して記述できる。