[논문 리뷰] Heterotic Brane Gas Inflation

Natalia Shuhmaher, Robert Brandenberger|arXiv (Cornell University)|2005. 12. 05.

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 오르비폴드된 부스러기 공간에서 뜨겁고 밀도가 높은 브레인 기체를 사용하여 고차원 모형에서의 슬로우롤 인플레이션을 위한 새로운 메커니즘을 제안한다. 브레인 기체의 압력에 의해 유도되는 초기 등방성 팽창은 부스러기 공간의 고정 평면 사이에 약한 잠재력이 지배하게 되면 세 개의 큰 공간 차원에서 슬로우롤 인플레이션으로 전이되며, 이후 스트링 스케일에서 스트링에 기인한 반발력에 의해 라디언 모드가 안정화되고, 브레인에서 복사로의 전환이 재가열을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We propose a new way of obtaining slow-roll inflation in the context of higher dimensional models motivated by string and M theory. In our model, all extra spatial dimensions are orbifolded. The initial conditions are taken to be a hot dense bulk brane gas which drives an initial phase of isotropic bulk expansion. This phase ends when a weak potential between the orbifold fixed planes begins to dominate. For a wide class of potentials, a period during which the bulk dimensions decrease sufficiently slowly to lead to slow-roll inflation of the three dimensions parallel to the orbifold fixed planes will result. Once the separation between the orbifold fixed planes becomes of the string scale, a repulsive potential due to string effects takes over and leads to a stabilization of the radion modes. The conversion of bulk branes into radiation during the phase of bulk contraction leads to reheating.

연구 동기 및 목표

• 스트링 이론과 M 이론에 영감을 받은 고차원 모형 내에서 새로운 인플레이션 메커니즘을 개발하기 위해.
• 통제 가능한 역학을 갖는 압축된 추가 차원에서 슬로우롤 인플레이션을 달성하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 뜨겁고 밀도가 높은 브레인 기체에서 유도된 초기 조건이 세 개의 큰 공간 차원에서 인플레이션을 유도하고 유지할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 오르비폴드 압축과 스트링 스케일 잠재력에 의한 라디언 안정화의 역할을 조사하기 위해.
• 부스러기 수축 기간 동안 브레인에서 복사로의 전환을 통해 재가열 과정을 모델링하기 위해.

제안 방법

• 모든 추가 차원이 오르비폴딩을 통해 압축된 고차원 부스러기 공간에서 뜨겁고 밀도가 높은 브레인 기체로 초기 우주를 모델링하기 위해.
• 브레인 기체 압력에 의해 유도되는 부스러기 팽창 역학을 분석하여 초기 등방성 단계에 도달하기 위해.
• 초기 팽창 단계 이후에 지배적인 역할을 하는 오르비폴드 고정 평면 사이의 약한 잠재력을 도입하기 위해.
• 부스러기 차원이 너무 빨리 수축하지 않도록 하여 세 개의 큰 공간 차원에서 슬로우롤 인플레이션을 가능하게 하는 조건을 유도하기 위해.
• 스트링 스케일에서 라디언 모드를 안정화시키는 스트링 이론적 효과가 생성하는 반발력 잠재력 도입하기 위해.
• 브레인 기체 팽창, 인플레이션으로의 전이, 라디언 안정화, 그리고 부스러기 수축 기간 동안의 브레인에서 복사로의 전환을 통한 재가열을 포함한 시스템의 진화 추적하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고차원 오르비폴드된 부스러기 공간에서 뜨겁고 밀도가 높은 브레인 기체가 세 개의 공간 차원에서 슬로우롤 인플레이션 단계로 이어질 수 있는가?
• RQ2 부스러기 수축 기간 동안 지속적인 슬로우롤 인플레이션을 가능하게 하는 오르비폴드 고정 평면 사이의 잠재력 조건은 무엇인가?
• RQ3 스트링 스케일 효과가 압축된 추가 차원에서 라디언 모드의 안정화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 브레인에서 복사로의 전환이 인플레이션 단계 이후 재가열을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 일관된 고차원 프레임워크 내에서 등방성 팽창에서 슬로우롤 인플레이션으로의 전이가 역학적으로 실현 가능한가?

주요 결과

• 오르비폴드 고정 평면 사이의 잠재력에 대한 넓은 범위의 선택이 부스러기 차원의 수축 속도를 충분히 느리게 만들어 슬로우롤 인플레이션을 지속 가능하게 한다.
• 고정 평면 사이의 약한 잠재력이 브레인 기체 압력보다 지배적이게 되면 초기 등방성 팽창에서 슬로우롤 인플레이션으로의 전이가 자연스럽게 발생한다.
• 스트링 스케일에서 스트링 효과에 기인한 반발력 잠재력이 라디언 모드를 안정화시켜 추가적인 붕괴를 방지한다.
• 부스러기 수축 단계 동안 브레인에서 복사로의 전환이 재가열 메커니즘으로서 타당하게 제공된다.
• 이 모형은 고차원적이고 오르비폴드된 프레임워크 내에서 자율적인 일련의 단계를 실현한다: 브레인 기체 팽창 → 슬로우롤 인플레이션 → 라디언 안정화 → 재가열.