[论文解读] Dynamically broken Supergravity, Starobinsky-type inflation and running vacuum: towards a fundamental cosmic picture

Spyros Basilakos, Nick E. Mavromatos|arXiv (Cornell University)|May 17, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种超引力（SUGRA）框架下的量子场论，通过在积分掉大质量引力ino后，利用量子修正实现类Starobinsky暴胀。该模型通过动力学机制实现平稳退出暴胀进入辐射主导时期，并通过真空能量密度的重整化群运行，将暴胀与当前暗能量时期统一起来，为宇宙演化提供了基本的场论基础。

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, ��(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.

研究动机与目标

• 在超引力框架内，发展一个早期宇宙暴胀的基本量子场论框架。
• 在不引入人为机制的前提下，解释暴胀平稳退出至辐射主导时期的机制。
• 通过单一的重整化群运行真空能量密度描述，将原初暴胀阶段与当前暗能量时期统一起来。
• 证明类Starobinsky暴胀可自然地从大质量引力ino相位的量子修正中涌现。

提出的方法

• 在超引力框架下，通过积分掉大质量引力ino场，推导出有效作用量。
• 利用所得的量子修正有效作用量，描述 de-Sitter 暴胀相。
• 应用重整化群（RG）技术，推导出依赖于哈勃参数的真空能量密度，ρ_vac(H)。
• 确保有效作用量与宇宙学参数的RG演化保持一致。
• 构建一个模型，使暴胀相通过动力学衰变平滑过渡至辐射主导时期。
• 将该框架扩展至通过相同的RG运行机制描述晚期暗能量时期。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超引力设定下，类Starobinsky暴胀如何从量子修正中涌现？
• RQ2 大质量引力ino相在通过真空衰变触发暴胀中起什么作用？
• RQ3 有效作用量如何确保暴胀平稳退出至辐射主导时期？
• RQ4 真空能量密度ρ_vac(H)的运行是否能在单一场论框架内统一暴胀与暗能量？
• RQ5 该模型与宇宙学参数的重整化群演化是否保持一致？

主要发现

• 该模型在超引力框架下，通过积分掉大质量引力ino后，将类Starobinsky暴胀实现为量子修正效应。
• 通过有效作用量的结构，暴胀平稳退出至辐射主导时期被动态实现。
• 有效作用量与作为哈勃速率函数的真空能量密度ρ_vac(H)的重整化群运行保持一致。
• 该框架通过单一的RG运行机制，统一描述了暴胀与当前暗能量时期。
• 该模型为在量子引力背景下由真空衰变触发的暴胀提供了具体且基本的场论实现。