[논문 리뷰] Non-Equilibrium Dynamics of Phase Transitions: From the Early Universe to Chiral Condensates

D. Boyanovsky, H. J. de Vega외 1명|arXiv (Cornell University)|1994. 12. 06.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 14인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 빅뱅 초기 우주에서의 대칭 복귀 동역학과 케일리 응축체 형성에 중점을 두고, 철학적 및 입자물리학적 상전이를 연구하기 위해 비평형 양자장론 기법을 개발한다. 연구는 '천천히 굴러가는' 인플라션의 표준 그림이 비균형 상태에서 발생하는 불안정성과 관련된 도메인 형성으로 인해 크게 훼손됨을 보여주며, 인플라톤의 진화에 대한 효과적 방정식을 유도한다. 이는 양자 및 열역학적 변동이 비정렬된 케일리 응축체 생성에 중대한 영향을 미친다는 것을 시사하며, 이는 가속기 실험과 관련이 있을 수 있다.

ABSTRACT

In this brief review we introduce the methods of quantum field theory out of equilibrium and study the non-equilibrium aspects of phase transitions. Specifically we critically study the picture of the ``slow-roll'' phase transition in the new inflationary models, we show that the instabilities that are the hallmark of the phase transition, that is the formation of correlated domains, dramatically change this picture. We analyze in detail the dynamics of phase separation in strongly supercooled phase transitions in Minkowski space. We argue that this is typically the situation in weakly coupled scalar theories. The effective evolution equations for the expectation value and the fluctuations of an inflaton field in a FRW cosmology are derived both in the loop expansion and in a self-consistent non-perturbative scheme. Finally we use these non-equilibrium techniques and concepts to study the influence of quantum and thermal fluctuations on the dynamics of a proposed mechanism for the formation of disoriented chiral condensates during a rapid phase transition out of equilibrium. This last topic may prove to be experimentally relevant at present accelerator energies. To appear in the Proceedings of the `2nd. Journée Cosmologie', Observatoire de Paris, 2-4, June 1994. H J de Vega and N. Sánchez, Editors, World Scientific.

연구 동기 및 목표

• 비평형 양자장론에서의 상전이 동역학을 이해하기, 특히 우주론적 및 고에너지 물리적 맥락에서.
• 신인플레이션 모델의 전통적인 '천천히 굴러가는' 그림을 대칭 복귀 과정 중의 불안정성과 도메인 형성 분석을 통해 도전하기.
• 프리드만-로버트슨-워커 (FRW) 시공간에서 인플라톤 장의 효과적 동역학 방정식을 양자론적 및 비양자론적 방법을 모두 사용하여 유도하기.
• 급격하고 비평형 상태의 상전이 동안 비정렬된 케일리 응축체 형성에 있어 양자 및 열역학적 변동의 역할 조사하기.
• 현재 가속기 에너지 수준에서 이러한 동역학이 실험적으로 관측 가능한 결과를 낳을 수 있는지 평가하기.

제안 방법

• 비평형 양자장론 기법을 사용하여 열적 평형에서 멀리 떨어진 시간에 따라 변화하는 시스템을 기술한다.
• 루프 전개와 자기일관된 비양자론적 체계를 적용하여 프리드만-로버트슨-워커 (FRW) 우주론에서 인플라톤 장의 기대값과 변동에 대한 효과적 방정식을 유도한다.
• 약한 결합 스칼라 이론의 모델로 사용하기 위해 민코프스키 공간에서의 강한 초냉각 상전이를 분석한다.
• 상전이 중에 발생하는 동역학적 불안정성으로 인해 관련된 도메인 형성이 발생하며, 이는 '천천히 굴러가는' 시나리오를 붕괴시킨다.
• 이러한 방법을 사용하여 급격하고 비평형 상태의 냉각을 통해 비정렬된 케일리 응축체 (DCC) 형성의 동역학을 연구한다.
• 양자 및 열역학적 변동이 케일리 응축체 질서 매개변수의 시간 진화에 미치는 영향을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동역학적 불안정성과 관련된 도메인 형성이 신인플레이션 모델의 상전이에서 '천천히 굴러가는' 그림을 어떻게 변화시키는가?
• RQ2 루프 전개와 비양자론적 자기일관 체계를 통해 FRW 시공간에서 인플라톤 장의 효과적 진화 방정식은 무엇인가?
• RQ3 급격하고 비평형 상태의 상전이 중에 양자 및 열역학적 변동은 케일리 응축체 형성의 동역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 민코프스키 공간에서의 비평형 상분리 동역학은 약한 결합 스칼라 이론에 대해 얼마나 현실적인 모델을 제공하는가?
• RQ5 이 논문에서 묘사된 메커니즘은 현재 가속기 에너지 수준에서 비정렬된 케일리 응축체의 실험적으로 관측 가능한 서명을 낳을 수 있는가?

주요 결과

• '천천히 굴러가는' 인플레이션 모델의 표준 그림은 상전이 중에 발생하는 동역학적 불안정성과 관련된 도메인 형성으로 인해 크게 훼손된다.
• FRW 우주론에서 루프 전개와 비양자론적 자기일관 체계를 통해 인플라톤 장의 기대값과 변동에 대한 효과적 방정식이 유도된다.
• 민코프스키 공간에서의 강한 초냉각 상전이가 파arametric 공진과 불안정성 밴드로 인해 장파장 상관관계와 도메인 구조를 유도한다.
• 양자 및 열역학적 변동은 비정렬된 케일리 응축체 형성의 동역학에서 결정적인 역할을 하며, 질서 매개변수의 시간 진화와 공간적 구조에 영향을 미친다.
• 케일리 응축체 형성의 비평형 동역학은 고에너지 가속기 실험에서 관측 가능한 서명을 낳을 수 있으며, 이는 잠재적인 실험적 관련성을 시사한다.