[논문 리뷰] Vacuum quantum fluctuations in a quasi de Sitter background

Haidar Sheikhahmadi, Ali Aghamohammadi외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 01.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 감소 보정을 사용하여 준-디 시터 배경에서 보존 스칼라 장의 진공 양자 변동을 연구하며, 질량이 있는 장과 질량이 없는 장에 대해 에너지 밀도를 유도한다. 질량이 있는 장과 질량이 없는 장에 대해 에너지 밀도를 유도한다. 관측 데이터인 CMB, BAO, SNeIa와 가장 잘 일치하는 모델은 소산 함수 $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$이며, 이는 암흑 에너지 진화에 대해 일관된 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

During this work, using subtraction renormalization mechanism, zero point quantum fluctuations for bosonic scalar fields in a de-Sitter like background are investigated. By virtue of the observed value for spectral index, $n_s(k)$, for massive scalar field the best value for the first slow roll parameter, $\epsilon$, is achieved. In addition the energy density of vacuum quantum fluctuations for massless scalar field is obtained. The effects of these fluctuations on other components of the Universe are studied. By solving the conservation equation, for some different examples, the energy density for different components of the Universe are obtained. In the case which, all components of the Universe are in an interaction, the different dissipation functions, $ ilde{Q}_{i}$, are considered. The time evolution of ${ ho_{DE}(z)}/{ ho_{cri}(z)}$ shows that $ ilde{Q}=3 \gamma H(t) ho_{m}$ has best agreement in comparison to observational data including CMB, BAO and SNeIa data set.

연구 동기 및 목표

• 감소 보정을 사용하여 디 시터 유사 시공간에서 스칼라 장의 영점 양자 변동을 분석하기.
• 질량이 있는 스칼라 장에 대해 관측된 스펙트럼 인덱스 $n_s(k)$를 바탕으로 첫 번째 스ロー-롤 매개변수 $\epsilon$의 최적 값을 결정하기.
• 질량이 없는 스칼라 장에 대한 진공 변동의 에너지 밀도를 계산하고 그 천체물리적 영향을 평가하기.
• 상호작용 성분과 다양한 소산 함수를 사용하여 암흑 에너지 밀도의 시간 진화를 모델링하기.
• 관측 데이터인 CMB, BAO, SNeIa와 가장 잘 일치하는 소산 함수를 특정하기.

제안 방법

• 감소 보정을 사용하여 준-디 시터 배경에서 스칼라 장의 진공 에너지 계산에서의 발산을 다루기.
• 질량이 있는 스칼라 장에 대해 관측된 스펙트럼 인덱스 $n_s(k)$를 사용하여 첫 번째 스ロー-롤 매개변수 $\epsilon$를 제약하기.
• 동일한 배경에서 질량이 없는 스칼라 장의 진공 에너지 밀도를 계산하기.
• 다양한 소산 함수 $\tilde{Q}_i$를 가진 다수의 상호작용 성분에 대한 에너지 보존 방정식을 해결하기.
• 다양한 $\tilde{Q}_i$ 모델 하에서 $\rho_{DE}(z)/\rho_{cri}(z)$의 시간 진화를 평가하여 관측 데이터셋과 비교하기.
• 예측된 암흑 에너지 밀도 진화와 관측된 결과를 비교하여 CMB, BAO, SNeIa 데이터와의 일관성을 검증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 스펙트럼 인덱스 $n_s(k)$를 바탕으로 질량이 있는 스칼라 장에 대해 최적의 첫 번째 스ロー-롤 매개변수 $\epsilon$는 무엇인가?
• RQ2 준-디 시터 배경에서 질량이 없는 스칼라 장의 진공 양자 변동의 에너지 밀도는 무엇인가?
• RQ3 진공 변동은 다양한 천체 성분의 에너지 밀도 진화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 관측 데이터의 맥락에서 암흑 에너지와 물질 성분 간의 상호작용을 가장 잘 묘사하는 소산 함수 $\tilde{Q}_i$는 무엇인가?
• RQ5 $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ 모델이 적색이동의 함수로 관측된 암흑 에너지 밀도 진화를 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 질량이 있는 스칼라 장에 대해 관측된 스펙트럼 인덱스 $n_s(k)$를 바탕으로 첫 번째 스ロー-롤 매개변수 $\epsilon$의 최적 값이 결정된다.
• 질량이 없는 스칼라 장의 진공 양자 변동의 에너지 밀도가 준-디 시터 배경에서 명시적으로 계산된다.
• 다양한 소산 함수 하에서 $\rho_{DE}(z)/\rho_{cri}(z)$의 시간 진화가 유도되며, 이는 상호작용 모델에 따라 의존함을 보여준다.
• 시험된 모델들 중에서 $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$가 CMB, BAO, SNeIa 관측 데이터의 병합과 가장 잘 일치한다.
• $\tilde{Q} = 3\gamma H(t)\rho_m$ 모델은 현재 천체물리 관측과 일치하는 암흑 에너지 진화를 일관되게 묘사한다.