[论文解读] D-brane Inflation

G. Dvali, Qaisar Shafi+1 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2001

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 104

一句话总结

本文提出了一种可计算的D-brane暴胀模型，其中初始时在额外维度中分离的平行D-brane与反D-brane由于吸引力而缓慢靠近。它们之间的分离距离作为标量场，具有平坦势能，驱动慢滚暴胀，产生0.97的标量谱指数和约10^12 GeV的有效紧化尺度，通过膜碰撞与湮灭实现再加热。

ABSTRACT

We discuss a calculable version of brane inflation, in which a set of parallel D-brane and anti-D-brane worlds, initially displaced in extra dimension, slowly attract each other. In the effective four-dimensional theory this slow motion of branes translates into a slow-roll of a scalar field (proportional to their separation) with a flat potential that drives inflation. The number of possible e-foldings is severely constrained. The scalar spectral index is found to be 0.97, while the effective compactification scale is of order $10^{12}$ GeV. Reheating of the Universe is provided by collision and subsequent annihilation of branes.

研究动机与目标

• 在弦理论中发展一种可计算的膜暴胀实现方案。
• 对额外维度中膜分离产生的标量场的慢滚行为进行建模。
• 约束此类情景下的e-折叠数。
• 确定有效四维理论中的标量谱指数与紧化尺度。
• 识别一种通过膜碰撞与湮灭实现再加热的机制。

提出的方法

• 建模一组初始时在紧致化额外维度中发生位移的平行D-brane与反D-brane系统。
• 从膜分离推导出有效四维标量场理论，将其视为一种翘曲场或模场。
• 分析D-brane相互作用产生的标量势能，以确认其平坦性，从而满足慢滚暴胀的要求。
• 基于初始分离距离与势能形状计算e-折叠数。
• 利用标量场动力学，通过标准暴胀微扰理论计算标量谱指数。
• 将再加热建模为膜碰撞与湮灭的结果，估算有效紧化尺度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在额外维度中，D-brane与反D-brane的分离会产生怎样的有效标量势能？
• RQ2 在此D-brane设置中，可以实现多少e-折叠的暴胀？
• RQ3 在此可计算的D-brane暴胀模型中，预测的标量谱指数是多少？
• RQ4 从模型中涌现出的有效紧化尺度是什么？
• RQ5 在此基于膜的场景中，暴胀之后如何实现再加热？

主要发现

• 由膜分离产生的标量势能支持适合暴胀的慢滚区域。
• 该模型预测的标量谱指数为0.97，与当前宇宙学观测结果一致。
• 有效紧化尺度被确定为约10^12 GeV。
• 暴胀期间的e-折叠数受到膜系统动力学的严重约束。
• 宇宙的再加热通过D-brane与反D-brane的碰撞与湮灭自然实现。