[논문 리뷰] k-Essence, Avoidance of the Weinberg's Cosmological Constant No-Go Theorem and Other Dark Energy Effects of Two Measures Field Theory

Eduardo Guendelman, Alexander Kaganovich|ArXiv.org|2006. 06. 04.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 기이한 항을 포함하지 않고 처음부터 k-essence 역학을 실현하는 Two Measures Field Theory (TMT) 프레임워크를 제안한다. 이는 비가역적 스케일 대칭 붕괴를 가능하게 하며, 웨인버그의 우주상수 금지정리에서 벗어나 파워-로우 인플레이션과 후기 시대의 어두운 에너지(여기서 w < -1)를 허용한다. 석조 메커니즘 또는 표준 장 이론과의 대응 원리를 통해 미세조정이 없는 작은 우주상수를 실현한다.

ABSTRACT

The dilaton-gravity sector of the Two Measures Field Theory (TMT) is explored in detail in the context of cosmology. The dilaton ϕdependence of the effective Lagrangian appears only as a result of the spontaneous breakdown of the scale invariance. If no fine tuning is made, the effective ϕ-Lagrangian p(ϕ,X) depends quadratically upon the kinetic energy X. Hence TMT may represent an explicit example of the effective k-essence resulting from first principles without any exotic term in the fundamental action intended for obtaining this result. Depending of the choice of regions in the parameter space, TMT exhibits different possible outputs for cosmological dynamics: a) Possibility of resolution of the old cosmological constant (CC) problem. From the point of view of TMT, it becomes clear why the old CC problem cannot be solved (without fine tuning) in the conventional field theories (i.e theories with only the measure of integration \sqrt{-g} in the action). b) The power law inflation without any fine tuning can end with damped oscillations of ϕaround the state with zero CC. d) There is a broad range of the parameters such that: in the late time universe w=p/ρ

연구 동기 및 목표

• 차원이 있는 매개변수의 미세조정 없이 우주상수 문제를 해결하기 위해.
• 우주상수에 대한 웨인버그의 금지정리가 일관된 양자장이론 프레임워크에서 어떻게 피할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 추가적인 조작된 항 없이 기본 작용식에서 k-essence 행동이 자연스럽게 유도되는지 조사하기 위해.
• 파워-로우 인플레이션 이후 초가속화(여기서 w < -1)를 보이는 후기 시대 어두운 에너지 역학이 가능한지 검토하기 위해.
• TMT가 석조 메커니즘 또는 표준 장 이론과의 대응 원리를 통해 작은, 미세조정이 없는 우주상수를 어떻게 실현할 수 있는지 결정하기 위해.

제안 방법

• 두 개의 독립적인 적분 측도를 포함하는 Two Measures Field Theory(TMT)에서 스케일 불변 중력-달리톤 모델을 수립한다.
• 보조 장을 도입하기 위해 일阶 형식을 적용하여 통합 과정에서 비트리비얼한 동적 구조를 이끌어낸다.
• 아인슈타인 프레임으로의 콫타이널 변환을 수행하여 효과적 작용을 k-essence 유사 형태 p(φ,X)로 변환한다. 여기서 X = ∂μφ∂μφ이다.
• 다이나믹스 스칼라 장 φ = lnσ로부터 효과적 잠재력 V_eff(φ) = (1/4bσ²)(M⁴e^(-φ) - 1)²를 유도하여 스케일 대칭 붕괴의 자발성과 함께 나타나게 한다.
• 아인슈타인 프레임에서 운동 방정식을 분석하여 파워-로우 인플레이션과 후기 시대 역학을 포함한 우주론적 해를 식별한다.
• TMT와 표준 장 이론 간의 대응 원리를 사용하여 TMT의 진공 에너지를 전통적 이론의 것과 연결함으로써, 작은 CC를 위한 석조 메커니즘을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미세조정 없이 기본 장 이론 프레임워크에서 웨인버그의 우주상수 금지정리를 피할 수 있는가?
• RQ2 Two Measures Field Theory가 기이한 항을 도입하지 않고도 처음부터 자연스럽게 k-essence 역학을 생성하는가?
• RQ3 TMT가 석조 메커니즘 또는 표준 장 이론과의 대응 원리를 통해 작은, 미세조정이 없는 우주상수를 실현할 수 있는가?
• RQ4 에너지 조건 위반 없이 TMT 내에서 후기 시대에 초가속화 팽창(w < -1)을 달성할 수 있는가?
• RQ5 TMT에서 스케일 불변성이 자발적으로 붕괴될 경우, 퀘이낸세스 유사 잠재력과 후기 시대 어두운 에너지 행동이 어떻게 유도되는가?

주요 결과

• 아인슈타인 프레임에서의 효과적 작용은 X에 대한 제곱형 의존성을 가지며, 미세조정 없이 TMT의 동역학에서 자연스럽게 나타나는 k-essence 라그랑지안 p(φ,X) 형태를 취한다.
• 모델은 스칼라 장 φ에 의해 구동되는 파워-로우 인플레이션을 지원하며, 이후 작은 우주상수와 퀘이낸세스 유사 잠재력에 의해 지배되는 후기 시대 진화로 이어진다.
• 석조 메커니즘 또는 표준 장 이론과의 대응 원리를 통해 미세조정 없이 작은 우주상수를 실현함으로써, 오래된 우주상수 문제를 해결한다.
• 일부 매개변수 영역에서는 인플레이션 이후 스칼라 장 φ가 우주상수 0 상태 주변에서 감쇠 진동을 겪으며 자연스럽게 인플레이션에서 탈출할 수 있다.
• 후기 시대에 상태 방정식 매개변수 w = p/ρ는 점 渐진적으로 -1 이하로 수렴하며(w < -1), 이는 초가속화를 나타내며, ρ는 일정한 값으로 수렴한다.
• 모델은 기본 가정(예: 글로벌 스케일 불변성 및 동적 스칼라 장의 부재)이 TMT에서 일반적으로 위반되기 때문에 웨인버그의 금지정리를 피할 수 있으며, 이는 미세조정 없이도 비제로 진공 에너지를 허용한다.