[论文解读] Symmetry breaking and cosmic acceleration in scalar field models

H. Mohseni Sadjadi, M. Honardoost+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用 6

一句话总结

本文提出了一种新颖的标量场暗能量模型，其中对称性自发破缺触发宇宙加速：当暗物质密度降至临界阈值以下时，标量场开始爬升其势能，从而产生正的势能，驱动晚期宇宙加速。该模型通过精心设计的暗物质-暗能量相互作用，实现新的真空中具有正的宇宙学常数的永久加速。

ABSTRACT

We propose a new scenario for the onset of acceleration of our Universe based on symmetry breaking in a scalar field dark energy model. In this model, when dark matter density becomes less than a critical value, the effective shape of the potential is changed and, unlike the symmetron and hybrid quintessence models, the quintessence field climbs up along its own potential. This procedure establishes the positivity of the potential required for the Universe to accelerate. In addition, we show that by choosing an appropriate interaction between dark sectors there is the possibility that the scalar field resides in a new vacuum giving rise to a positive cosmological constant which is responsible for a permanent late time acceleration.

研究动机与目标

• 通过在标量场暗能量模型中引入对称性破缺的新机制，解决宇宙加速问题。
• 解释标量场在对称性破缺后如何爬升其势能，从而产生正的势能和宇宙加速。
• 探讨暗物质-暗能量相互作用在标量场稳定于具有正宇宙学常数的新真空中所起的作用。
• 通过动态演化的标量场模型中的真空中跃迁，证明永久晚期宇宙加速的可行性。

提出的方法

• 引入一种标量场模型，其势能形状在暗物质密度降至临界值以下时因对称性破缺而改变。
• 利用随暗物质密度演化而变化的有效势能来建模标量场的动力学，使场能够向更高势能爬升。
• 引入标量场与暗物质之间的相互作用项，以在具有正能量密度的新真空中稳定场。
• 使用修正的克莱因-高斯方程分析宇宙学演化，以追踪场的行为和势能贡献。
• 推导标量场在新真空中达到稳定最小值的条件，从而产生正的宇宙学常数。
• 通过相空间分析表明，系统演化趋向德西特（de Sitter）型膨胀相，表明存在永久加速。

实验结果

研究问题

• RQ1 标量场模型中的对称性破缺如何导致正的势能，从而驱动宇宙加速？
• RQ2 在对称性破缺后，何种条件使标量场能够爬升其势能，而非滚落？
• RQ3 暗物质-暗能量相互作用如何影响标量场在新真空中稳定性和最终状态？
• RQ4 该模型能否通过真空中跃迁和正的宇宙学常数实现永久晚期宇宙加速？
• RQ5 暗物质密度在标量场动力学中作为对称性破缺跃迁触发因素的作用是什么？

主要发现

• 由于有效势能形状的改变，对称性破缺后标量场能够爬升其势能，从而产生正的势能。
• 当场稳定于新真空中时，该模型实现正的宇宙学常数，确保永久晚期宇宙加速。
• 暗物质-暗能量相互作用对于在新真空中稳定场至关重要，可防止其倒退。
• 加速的转变由暗物质密度的临界下降触发，使该机制具有动态自调节特性。
• 系统演化趋向德西特型相，与观测到的宇宙加速一致。
• 该模型提供了一种无需精细调节初始条件或显式宇宙学常数项的宇宙加速机制。