[论文解读] Inflation to Structures: EFT all the way

Abhishek Naskar, Argha Banerjee+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 48被引用 8

一句话总结

本文提出了一种模型无关的有效场论（EFT）框架，通过推导出暴胀期间量子涨落的截断作用量，并利用相同的EFT参数将原初功率谱演化至大尺度结构（LSS）阶段，从而一致地连接暴胀与大尺度结构。该框架利用Planck 2015数据约束了这些参数，并通过SDSS-DR7和WiggleZ LSS数据验证了其有效性，实现了宇宙演化各时期的统一且稳健的描述。

ABSTRACT

We investigate for an Effective Field Theory (EFT) framework that can consistently explain inflation to Large Scale Structures (LSS). With the development of the construction algorithm of EFT, we arrive at a properly truncated action for the entire scenario. Using this, we compute the two-point correlation function for quantum fluctuations from Goldstone modes and related inflationary observables in terms of coefficients of relevant EFT operators, which we constrain using Planck 2015 data. We then carry forward this primordial power spectrum with the same set of EFT parameters to explain the linear and non-linear regimes of LSS by loop-calculations of the matter overdensity two-point function. For comparative analysis, we make use of two widely accepted transfer functions, namely, BBKS and Eisenstein-Hu, thereby making the analysis robust. We finally corroborate our results with LSS data from SDSS-DR7 and WiggleZ. The analysis thus results in a consistent, model-independent EFT framework for inflation to structures.

研究动机与目标

• 开发一种一致且模型无关的EFT框架，以连接暴胀与大尺度结构（LSS）的形成。
• 构建一个恰当截断的EFT作用量，以描述暴胀期间的量子涨落及其演化至LSS的过程。
• 利用Planck 2015 CMB数据约束暴胀区域中EFT算符系数。
• 通过圈图计算，将相同的原初功率谱演化至LSS的线性和非线性区域。
• 利用稳健的转移函数（BBKS和Eisenstein-Hu）对SDSS-DR7和WiggleZ的独立LSS数据进行框架验证。

提出的方法

• 开发一种有效场论（EFT）作用量的构造算法，确保其在暴胀和LSS阶段均一致截断。
• 利用EFT算符及其系数，从Goldstone模式计算量子涨落的两点关联函数。
• 利用Planck 2015数据约束暴胀区域中相关EFT算符的系数。
• 通过物质密度扰动两点函数的圈图计算，将所得原初功率谱演化至LSS区域。
• 应用两种广泛使用的转移函数——BBKS和Eisenstein-Hu——以确保LSS分析的稳健性。
• 将EFT预测的LSS功率谱与SDSS-DR7和WiggleZ的观测数据进行比较，以检验一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个统一的EFT框架能否一致地描述暴胀时期的量子涨落与大尺度结构的形成？
• RQ2 由Planck 2015数据约束的EFT算符系数，如何预测LSS线性和非线性区域的物质功率谱？
• RQ3 该EFT框架的预测在多大程度上与SDSS-DR7和WiggleZ的观测LSS数据一致？
• RQ4 在LSS分析中使用两种不同的转移函数（BBKS和Eisenstein-Hu）时，结果的稳健性如何？
• RQ5 同一组EFT参数能否在不引入新物理的前提下，描述早期宇宙的暴胀与晚期结构形成？

主要发现

• 该EFT框架成功地使用来自Planck 2015数据的单一、一致的参数集，将暴胀与大尺度结构连接起来。
• 从Goldstone模式计算出的量子涨落两点关联函数以EFT算符系数表示，从而可与CMB观测直接比较。
• 与Planck 2015数据拟合的相同EFT参数，可产生与SDSS-DR7和WiggleZ观测LSS数据一致的物质功率谱。
• 同时使用BBKS和Eisenstein-Hu转移函数，证实了EFT预测在不同LSS建模方法下的稳健性。
• 在非线性区域，物质密度扰动两点函数的圈图计算被EFT框架一致描述，使其有效性扩展至线性理论之外。
• 该框架实现了从暴胀到LSS演化的模型无关描述，最大限度减少了对特定动力学模型的依赖。