[논문 리뷰] Starobinsky-like inflation and running vacuum in the context of Supergravity

Spyros Basilakos, Nick E. Mavromatos외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 17.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 동적으로 질량을 가진 중력수입이 유도하는 양자 보정으로 인해 스타로빈스키 유형의 인플레이션과 유사한 현상이 초구상물리학(SUGRA) 프레임워크에서 발생하는 것을 제안한다. 이에 따라 진공 에너지 밀도 ρΛ(H)가 변화하며, 자연스럽게 복사 지배 시대로의 부드러운 탈출이 가능해진다. 이 모형은 인플레이션 기간 동안 H⁴ 지배 역학을 보이는 런닝 진공 모형(RVM)을 실현하며, 하나의 효과적 작용에서 인플레이션과 늦은 시기의 가속 팽창에 대한 기본 양자장론적 기원을 제공한다.

ABSTRACT

We describe the primeval inflationary phase of the early Universe within a quantum field theoretical (QFT) framework that can be viewed as the effective action of vacuum decay in the early times. Interestingly enough, the model accounts for the "graceful exit" of the inflationary phase into the standard radiation regime. The underlying QFT framework considered here is Supergravity (SUGRA), more specifically an existing formulation in which the Starobinsky-type inflation (de-Sitter background) emerges from the quantum corrections to the effective action after integrating out the gravitino fields in their (dynamically induced) massive phase. We also demonstrate that the structure of the effective action in this model is consistent with the generic idea of renormalization group (RG) running of the cosmological parameters, specifically it follows from the corresponding RG equation for the vacuum energy density as a function of the Hubble rate, $\ ho_{\\Lambda}(H)$. Overall our combined approach amounts to a concrete-model realization of inflation triggered by vacuum decay in a fundamental physics context which, as it turns out, can also be extended for the remaining epochs of the cosmological evolution until the current dark energy era.

연구 동기 및 목표

• 초구상물리학 내에서 스타로빈스키 유사 인플레이션의 기본 양자장론적 기원을 확립하기 위해.
• 동적으로 질량을 가진 중력수입 단계에서 기인한 양자 보정이 런닝 진공 에너지 밀도 ρΛ(H)를 어떻게 생성하는지 보여주기 위해.
• 결과적으로 유도된 효과적 작용이 인플레이션에서 표준 복사 지배 시대로의 부드러운 탈출을 어떻게 지원하는지 보여주기 위해.
• 단일 RVM 호환 SUGRA 프레임워크 내에서 초기 우주 인플레이션과 늦은 시기의 어둠의 에너지를 통합하기 위해.
• 진공 에너지의 리노멀화군(RG) 보정이 관측 가능한 천체물리학적 매개변수와 어떻게 연결되는지 파악하기 위해.

제안 방법

• 자발적 대칭 깨짐 상태의 초구상물리학에서 질량이 있는 중력수입을 적분하여 효과적 작용을 유도하기 위해.
• 런닝 진공 모형(RVM)과 일치하는 H의 짝수 거듭제곱 급수로 ρΛ(H)를 구성하며, H⁴ 항까지 잘라내기.
• ρΛ(H)의 리노멀화군(RG) 방정식을 사용하여 H⁴ 항이 β-함수 계수 ν와 어떻게 관련되는지 규명하기 위해.
• 수정된 프리드만 방정식을 적용하여 인플레이션 역학을 분석하고, 인플레이션 기간 동안 H⁴ 항이 지배적임을 규명하기 위해.
• 스칼라 장 재정의를 통해 SUGRA 모형과 스타로빈스키 포텐셜 사이의 동적 등가성을 입증하기 위해.
• 저에너지 근사에서 H²에 의존하는 약한 진공 에너지가 관측된 어둠의 에너지와 일치함을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적으로 질량을 가진 중력수입이 포함된 초구상물리학 프레임워크에서 스타로빈스키 유사 인플레이션은 양자 보정으로부터 유도될 수 있는가?
• RQ2 유도된 효과적 작용 ρΛ(H)이 인플레이션에서 복사 지배 시대로의 부드러운 탈출을 지원하는가?
• RQ3 SUGRA에서 기인한 양자 보정으로부터 런닝 진공 모형(RVM)의 구조는 어떻게 유도되며, 이는 효과적 작용의 H⁴ 항과 어떻게 연결되는가?
• RQ4 다른 기하학적 배경을 가질지라도 SUGRA 모형이 스칼라 장 재정의를 통해 스타로빈스키 포텐셜을 재현할 수 있는가?
• RQ5 진공 에너지의 리노멀화군(RG) 보정은 단일 양자장론적 프레임워크 내에서 인플레이션과 늦은 시기의 가속 팽창을 어떻게 통합하는가?

주요 결과

• 초구상물리학에서 질량이 있는 중력수입을 적분하여 유도된 효과적 작용은 H의 짝수 거듭제곱 급수로 표현되는 진공 에너지 밀도 ρΛ(H)를 제공하며, 이 중 H⁴ 항이 인플레이션 기간 동안 지배적이다.
• ρΛ(H)의 H⁴ 항은 R² 유형의 역학과 관련되며, 이는 스타로빈스키 인플레이션과의 연결 고리를 형성하지만 기하학적 기원은 다르다.
• 이 모형은 인플레이션에서 복사 시대로의 부드러운 탈출를 나타내며, 원래의 스타로빈스키 모형에는 없으나 런닝 진공 모형의 특징이다.
• SUGRA 프레임워크는 저에너지에서 ρΛ(H) = ρΛ⁰ + (3ν/κ²)(H² - H₀²) 형태의 런닝 진공 모형(RVM)을 실현하며, 이때 |ν| ≈ 10⁻³은 현재 천체물리학 데이터와 일치한다.
• 모형의 스칼라 장 기술은 장 재정의를 통해 스타로빈스키 포텐셜과 동일한 형태로 표현되며, 이로 인해 ns ≈ 0.96 및 r ≲ 10⁻³과 같은 동일한 인플레이션 관측 매개변수를 보장한다.
• 이 모형은 초기 우주의 인플레이션과 늦은 시기의 어둠의 에너지에 대한 기본 양자장론적 기원을 통합적으로 제공하며, 진공 에너지 밀도의 동적 성격을 통해 이를 실현한다.