[论文解读] Inflation from string field theory

Alexey S. Koshelev, Paulo Vargas Moniz+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 83被引用 4

一句话总结

本文在弦能场理论中提出了一种新颖的暴胀机制，其中闭弦标量场作为非局域暴胀场，因其在膜衰变过程中与开弦涡旋子的耦合而产生。该机制实现了可行的单场暴胀，具有普遍吸引子预测（ns ≈ 0.967）和可调的 r < 0.1，同时引入了一类新的两场共形不变模型，导致类似Starobinsky的暴胀，并具有上抬的真空能最小值。

ABSTRACT

In the framework of string field theory (SFT) a setting is considered, where the closed string dilaton is coupled to the open string tachyon at the final stage of an unstable brane or brane-anti-brane pair decay. The structure of non-locality leads to interesting inflationary scenarios. Concretely, we show that this configuration can lead to viable inflation by means of the dilaton becoming a non-local (infinite-derivative) inflaton. We obtain (i) a class of single field inflation with universal attractor predictions at $n_{s}\sim0.967$ with any value of $r<0.1$, where the tensor to scalar ratio $r$ can be solely regulated by parameters of the SFT; (ii) a new class of two field conformally invariant models with a peculiar quadratic cross-product of scalar fields. In particular, we analyze a specific case where a spontaneously broken conformal invariance leads to Starobinsky like inflation, plus creating an uplifted potential minimum which accounts for vacuum energy after inflation.

研究动机与目标

• 探索弦能场理论中不稳定的D膜或膜-反膜对衰变所引发的暴胀情景。
• 研究标量场-涡旋子耦合中的非局域性如何产生可行的暴胀动力学。
• 构建一类具有普遍吸引子预测且张量标量比 r 可调的单场暴胀模型。
• 开发一类具有标量场二次交叉项的两场共形不变模型。
• 阐明规范对称性自发破缺如何导致类似Starobinsky的暴胀及暴胀后稳定的真空能最小值。

提出的方法

• 在膜衰变末期，构建闭弦标量场与开弦涡旋子之间耦合的弦能场理论框架。
• 在标量场部分引入非局域（无限导数）结构，以模拟非局域暴胀动力学。
• 从SFT设置中推导单场与两场暴胀模型的有效场论作用量。
• 分析标量势结构，识别出两场模型中两个标量场之间的二次交叉项。
• 对两场系统应用共形不变性技术，识别出导致类似Starobinsky行为的自发破缺。
• 从推导出的模型中计算宇宙学可观测量，如标量谱指数 ns 和张量标量比 r。

实验结果

研究问题

• RQ1 在弦能场理论中，由于在膜衰变过程中与涡旋子的耦合，标量场能否作为非局域暴胀场？
• RQ2 由此产生的单场暴胀模型的宇宙学预测是什么，特别是关于 ns 和 r 的预测？
• RQ3 在具有标量场二次交叉项的两场系统中，暴胀动力学将如何受到影响？
• RQ4 在两场模型中，规范对称性的自发破缺是否能导致类似Starobinsky的暴胀及暴胀后稳定的真空能？
• RQ5 在弦能场理论框架中，张量标量比 r 能在多大程度上通过参数进行调节？

主要发现

• 该模型产生单场暴胀，其标量谱指数 ns ≈ 0.967，与普遍吸引子预测一致。
• 张量标量比 r 可被调节至任意小（r < 0.1），且完全由弦能场理论设置中的参数决定。
• 构建了一类新的两场共形不变模型，其特征为标量场之间具有独特的二次交叉项相互作用。
• 在两场模型中，规范对称性的自发破缺导致类似Starobinsky的暴胀轨迹。
• 该模型在暴胀后产生一个上抬的势能最小值，可解释观测到的真空能（暗能量）。
• 标量场的非局域结构确保了暴胀动力学在保持与有效场论约束一致的同时，实现了新颖的宇宙学结果。