[论文解读] Heterotic Brane Gas Inflation

Natalia Shuhmaher, Robert Brandenberger|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2005

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用 1

一句话总结

本文提出了一种在高维模型中实现慢滚暴胀的新机制，利用在轨道化额外空间中的热密膜气体。由膜气体驱动的初始各向同性膨胀，在轨道固定平面之间的弱势能占主导时，转变为三个大空间维度的慢滚暴胀，随后通过弦诱导的排斥力在弦尺度实现稳定化，膜到辐射的转换则实现了再加热。

ABSTRACT

We propose a new way of obtaining slow-roll inflation in the context of higher dimensional models motivated by string and M theory. In our model, all extra spatial dimensions are orbifolded. The initial conditions are taken to be a hot dense bulk brane gas which drives an initial phase of isotropic bulk expansion. This phase ends when a weak potential between the orbifold fixed planes begins to dominate. For a wide class of potentials, a period during which the bulk dimensions decrease sufficiently slowly to lead to slow-roll inflation of the three dimensions parallel to the orbifold fixed planes will result. Once the separation between the orbifold fixed planes becomes of the string scale, a repulsive potential due to string effects takes over and leads to a stabilization of the radion modes. The conversion of bulk branes into radiation during the phase of bulk contraction leads to reheating.

研究动机与目标

• 在受弦理论和M理论启发的高维模型中，发展一种新的暴胀机制。
• 解决在具有受控动力学的紧致化额外维中实现慢滚暴胀的挑战。
• 探讨来自热密膜气体的初始条件如何触发并维持三个大空间维度中的暴胀。
• 研究轨道化紧致化以及通过弦尺度势能实现的径子模稳定化的作用。
• 通过在额外空间收缩过程中膜到辐射的转换，建立再加热过程的模型。

提出的方法

• 将早期宇宙建模为在高维额外空间中所有额外维通过轨道化紧致化的热密膜气体。
• 分析由膜气体压强驱动的额外空间膨胀动力学，导致初始各向同性阶段。
• 引入在轨道固定平面之间存在的弱势能，在初始膨胀阶段之后成为主导。
• 推导出额外空间维度收缩足够缓慢以支持三个大空间维度中慢滚暴胀的条件。
• 引入弦论效应，生成在弦尺度的排斥势能，以稳定径子模。
• 追踪系统演化过程：膜气体膨胀 → 转变为暴胀 → 径子模稳定化 → 通过膜到辐射转换实现再加热。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高维轨道化额外空间中的热密膜气体是否能导致三个空间维度中慢滚暴胀阶段？
• RQ2 轨道固定平面之间势能的何种条件可使在额外空间收缩过程中实现持续的慢滚暴胀？
• RQ3 弦尺度效应如何影响紧致化额外维中径子模的稳定化？
• RQ4 膜到辐射转换在暴胀阶段后实现再加热的过程中起什么作用？
• RQ5 在一致的高维框架内，各向同性膨胀向慢滚暴胀的转变能否被动力学实现？

主要发现

• 在轨道固定平面之间存在广泛类别的势能，可导致额外空间维度以足够缓慢的速度收缩，从而支持慢滚暴胀。
• 当固定平面之间的弱势能超过膜气体压强时，初始各向同性膨胀向慢滚暴胀的转变自然发生。
• 在弦尺度，由弦效应产生的排斥势能稳定了径子模，防止了进一步坍缩。
• 在额外空间收缩阶段，将额外空间中的膜转化为辐射，提供了一种可行的再加热机制。
• 该模型实现了自洽的演化序列：膜气体膨胀 → 慢滚暴胀 → 径子模稳定化 → 再加热，全部基于高维轨道化框架。