[論文レビュー] Unstable D-branes and String Cosmology

Chanju Kim, Hang Bae Kim+3 more|ArXiv.org|Apr 29, 2004

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、タキオン、ドライソン、ボーン＝インフェルトゲージ場を組み込んだストリング理論におけるローリングタキオン駆動型宇宙論を調査している。平坦および曲がった時空における有効場理論を用いて、ストリングフレームで正確な解を導出し、すべての拡張解がアインシュタインフレームで減速していることを示している。数値解析により、電磁場は微調整された初期条件のもとでのみ、最大約5のe-フォールディングを増幅可能であり、自然インフレーションの実現可能性は限定的である。

ABSTRACT

Cosmological implication of rolling tachyons is reported in the context of effective field theory. With a brief review of rolling tachyons in both flat and curved spacetimes, we study the string cosmological model with both tachyon and dilaton. In the string frame, flat space solutions of both initial-stage and late-time are obtained in closed form. In the Einstein frame, every expanding solution is decelerating. When a Born-Infeld U(1) gauge field is coupled, enhancement of e-folding of scale factor is also discussed by numerical analysis.

研究の動機と目的

• ストリング理論におけるローリングタキオンの宇宙論的意味を有効場理論を用いて探求すること。
• 線形ドライソンおよびボーン＝インフェルトゲージ場がタキオン駆動型宇宙論的進化をどのように変化させるかを検討すること。
• これらの場が、微調整なしに十分なe-フォールディングを維持できるかどうかを特定すること。
• ストリングフレームでの正確な解を導出し、アインシュタインフレームでの力学的挙動を分析すること。
• ローリングタキオンが初期密度揺らぎの源として、そしてインフレーションの源として実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ボーン＝インフェルト作用に1/coshポテンシャルを組み込んだ、不安定Dブレーンの有効作用を定式化し、タキオン、ドライソン、ボーン＝インフェルトゲージ場を含む。
• ストリングフレームおよびアインシュタインフレームにおける作用から運動方程式を導出し、共形スケーリングを用いてフレーム間を変換する。
• 空間次元数p=3として、タキオン場、速度、電場の初期条件をもとに、数値的に系を解く。
• ハミルトニアン制約およびエネルギー密度保存則を用いて初期値を固定し、スケール因子a(t)およびb(t)の時間発展を追跡する。
• タキオンのローリングおよび電場の減衰の時間発展を分析し、インフレーションの可能性を評価する。
• 初期電場の有無を比較して、e-フォールディング数の増幅を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング宇宙論におけるローリングタキオンは、微調整なしにインフレーションに必要なe-フォールディング数を生成できるか？
• RQ2 線形ドライソンおよびボーン＝インフェルトゲージ場は、タキオン駆動型宇宙論的拡張の力学にどのように影響を与えるか？
• RQ3 タキオンおよびゲージ場が存在する際、アインシュタインフレームにおけるスケール因子の挙動はいかなるものか？
• RQ4 初期電場が、タキオン駆動型インフレーションにおけるe-フォールディング数をどの程度増幅できるか？
• RQ5 タキオン凝縮解は、実現可能な初期密度揺らぎを生成するのに適合しているか？

主な発見

• ストリングフレームでは、初期および遅刻時における平坦空間解が閉形式で導出された。
• アインシュタインフレームでは、すべての拡張解が減速しており、外部機構なしでは持続的インフレーションは実現しないことが示された。
• 数値解により、電場は通常数e-フォールディング以内に急速に減衰し、タキオンのローリングが主導的要因となることが明らかになった。
• 微調整された初期条件（具体的には√(1−Ṫ²−E²) = 10⁻⁵）のもとでは、E=0の場合と比較して最大約5の追加e-フォールディングが達成された。
• ボーン＝インフェルト場による増幅はわずかであり、極めて極端な微調整を要するため、自然インフレーションには効果的でない。
• 1/coshタキオンポテンシャルは正確な解と安定なアレイ配置を支持するが、これらはインフレーションの延長に顕著な寄与をしない。