[論文レビュー] Warm Inflation at Arbitrary Adiabaticity - a Model, an Existence Proof for Inflationary Dynamics in Quantum Field Theory

Arjun Berera|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 23

ひとこと要約

本稿は、10,000以上の場を有する多場理論枠組みにおける温いインフレーションモデルを提案し、非平衡効果が小さく、巨視的変化がゆっくりである場合、任意の断熱性においてもインフレーション力学が有効であることを示している。膨張のe-fold数とスカラー密度揺らぎの整合的解の存在を証明し、観測制約と整合する非標準的な素粒子物理学的実現を提供している。

ABSTRACT

Warm inflation is examined in a multi-field model. Solutions are obtained for expansion e-folds and scalar density perturbations. Nonequilibrium dynamics is restricted to a regime that is displaced only slightly from thermal equilibrium and in which all macroscopic motion is adiabatic. In such a regime, nonequilibrium dynamics is well defined, provided macroscopic motions that displace the thermal equilibrium state occur sufficiently slow. The solution has adjustable parameters that permit observational consistency with respect to expansion e-folds and density perturbations at arbitrary adiabaticity. This insures a valid solution regime. {}For particle physics, the model is nonstandard since it requires a large number of fields, $> 10^4$. A particle physics/string interpretation of the model and solutions is discussed, which can accommodate the large field number requirement.

研究の動機と目的

• 量子場理論における任意の断熱性のもとで実現可能な温いインフレーションモデルを確立すること。
• 非平衡ダイナミクスの課題を、熱的平衡にわずかにずれた領域に制限することで解決すること。
• すべての断熱性レベルにおいて、膨張のe-fold数とスカラー密度揺らぎの観測的一致性を保証すること。
• モデルに大規模な場の数を要することを受容可能な素粒子物理学的解釈を提供すること。
• 巨視的運動がゆっくりである場合、非平衡ダイナミクスが定義されたまま保たれることを示すこと。

提案手法

• 巨視的ダイナミクスを可能にするために、非常に多くの場（>10⁴）を有する多場理論的温いインフレーションモデルを構築すること。
• 非平衡ダイナミクスを、熱的平衡からわずかにずれた領域に限定すること。
• 巨視的運動を断熱的とモデル化し、緩やかな時間変化を保証すること（緩和時間スケールに対して）。
• 観測結果に一致させるために調整可能なパラメータを用いて、膨張のe-fold数とスカラー密度揺らぎを解くこと。
• 場の複雑性がある中でも非平衡ダイナミクスが定義されたまま保たれる条件を導出すること。
• 大規模な場の数を説明する素粒子物理学および弦理論的解釈を検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子場理論枠組みにおいて、任意の断熱性レベルで温いインフレーションダイナミクスを整合的に定義できるか？
• RQ2 多場インフレーションモデルにおいて、非平衡効果をどのように制御すれば、定義されたダイナミクスを維持できるか？
• RQ3 すべての断熱性領域において、e-fold数と密度揺らぎの観測的一致性を保証する制約は何か？
• RQ4 >10⁴の場を有するモデルが、素粒子物理学または弦理論の文脈で物理的に説明可能か？
• RQ5 巨視的運動がゆっくりである場合、非平衡ダイナミクスの有効性が保たれる条件は何か？

主な発見

• モデルは、すべての断熱性レベルにおいて、膨張のe-fold数とスカラー密度揺らぎの整合的解を達成している。
• 巨視的運動が十分にゆっくりで、熱的平衡からのずれが小さい場合には、非平衡ダイナミクスが定義されたまま保たれる。
• モデルの調整可能なパラメータにより、インフレーションパラメータに関する観測制約を満たすことが可能である。
• 大規模な場の数（>10⁴）が必要であるが、本稿ではその要請を素粒子物理学および弦理論的解釈によって正当化している。
• 任意の断熱性のもとで温いインフレーションの有効な解の領域の存在が証明され、量子場理論における実現可能性が示された。