[논문 리뷰] Reheating the Post Inflationary Universe

D. Boyanovsky, M. D’Attanasio외 4명|arXiv (Cornell University)|1995. 05. 03.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 인플레이션 이후 경량 스칼라 및 페르미온과 결합된 인플라톤 장의 비평형 역학을 조사하며, 큰 진폭에서 단일 입자 붕괴율보다 훨씬 짧은 감쇠 timescale이 존재할 수 있음을 보여준다. 그 결과, 재열 온도는 특히 카오스 인플레이션 시나리오에서 기존의 추정치와 크게 다를 수 있다.

ABSTRACT

We consider the non-equilibrium evolution of the inflaton field coupled to both lighter scalars and fermions. The dissipational dynamics of this field is studied and found to be quite different than that believed in inflationary models. In particular, the damping time scale for the expectation value of the zero momentum mode of the inflaton can be much shorter than that given by the single particle decay rate when the inflaton amplitudes are large, as in chaotic inflation scenarios. We find that the reheating temperature may depart considerably from the usual estimates.

연구 동기 및 목표

• 인플레이션 이후 인플라톤 장의 비평형 진화를 이해하기 위해, 특히 큰 장 진폭이 존재하는 카오스 인플레이션의 맥락에서 이를 다루는 것.
• 경량 스칼라 및 페르미온과의 결합이 인플라톤 장의 감쇠 및 열화에 미치는 영향을 검토하는 것.
• 단일 입자 붕괴율이 재열 시간 스케일을 정확히 결정한다는 전통적 가정을 도전하는 것.
• 일반적으로 펌더티브 붕괴율을 사용해 추정하는 재열 온도에 대한 영향을 평가하는 것.
• 비평형 효과가 인플라톤에서 복사로의 에너지 전달 속도를 높여 전통적인 재열 그림을 변화시킬 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 비평형 양자장 이론 기법을 사용하여 인플라톤 장의 시간 진화와 붕괴 생성물의 진화를 모델링하는 것.
• 비퍼투르바티브이고 비평형인 조건에서 인플라톤 장의 영점 운동량 모드의 감쇠율을 분석하는 것.
• 큰 인플라톤 진폭에서 비퍼투르바티브가 되는 상호작용을 포함하여 스칼라 및 페르미온 붕괴 채널을 고려하는 것.
• 효과적 장 이론과 실시간 형식을 적용하여 인플라톤의 자기에너지 및 스펙트럼 함수를 계산하는 것.
• 초기 재인플레이션 이후 시대에 인플라톤 장의 기대값과 그 상관 함수에 대한 동적 방정식을 해결하는 것.
• 결과적으로 얻어진 감쇠 시간 스케일을 표준 단일 입자 붕괴율과 비교하여 큰 진폭 영역에서의 편차를 식별하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 장 진폭에서 인플라톤 장의 영점 운동량 모드 감쇠율이 단일 입자 붕괴율에서 얼마나 벗어나는가?
• RQ2 비평형 역학이 인플라톤에서 경량 입자로의 에너지 전달을 가속화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 스칼라 및 페르미온 붕괴 채널이 재인플레이션 우주에서의 재열 과정에 어떻게 함께 영향을 미치는가?
• RQ4 비퍼투르바티브 효과가 표준 재열 온도 추정치를 어느 정도 변화시킬 수 있는가?
• RQ5 재열에 대한 전통적인 퍼투르바티브 접근법이 어느 영역에서 붕괴하는가?

주요 결과

• 큰 인플라톤 진폭에서 인플라톤의 영점 운동량 모드에 대한 감쇠 시간 스케일은 단일 입자 붕괴율보다 상당히 짧을 수 있다.
• 비평형 효과로 인해 인플라톤 응집체에서 경량 입자로의 에너지 전달 속도가 빨라져 열화의 시작이 가속화된다.
• 특히 카오스 인플레이션 모델에서 표준 추정치에 비해 재열 온도가 크게 다를 수 있다.
• 큰 장 진폭에서의 역학은 단일 입자 붕괴보다는 집단적이고 비퍼투르바티브 효과에 의해 지배된다.
• 비평형 진화에서 중간 상태의 생성과 기억 효과로 인해 효과적 감쇠율이 증가한다.
• 결과적으로 전통적인 재열 그림은 초기 우주에서 에너지 전달 속도를 과소평가할 수 있음을 시사한다.