Inflaton

редактировать

инфлатонное поле - это гипотетическое скалярное поле, которое, как предполагается, вызвало космическую инфляцию в очень ранней вселенной. Поле, первоначально постулированное Аланом Гутом, обеспечивает механизм, с помощью которого период быстрого расширения от 10 до 10 секунд после начального расширения могут быть сгенерированы, образуя Вселенную, совместимую с наблюдаемой пространственной изотропией и однородностью.

Содержание

  • 1 Космологическая инфляция
    • 1.1 Расширение состояния вакуума с высокой потенциальной энергией
    • 1.2 Фазовый переход к истинному вакууму
    • 1.3 Медленное вращение и повторный нагрев
  • 2 Кванты поля
  • 3 Не- минимально связанная инфляция
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки

Космологическая инфляция

Базовая модель инфляции проходит в три фазы:

  • Расширение вакуумного состояния с высокой потенциальной энергией
  • Фазовый переход к истинному вакууму
  • Медленное вращение и повторный нагрев

Расширение состояния вакуума с высокой потенциальной энергией

В квантовой теории поля, состояние вакуума или вакуум - это состояние квантовых полей с локально минимальной потенциальной энергией. Квантовые частицы - это возбуждения, которые отклоняются от состояния с минимальной потенциальной энергией, поэтому в вакуумном состоянии нет частиц. В зависимости от специфики квантовой теории поля она может иметь более одного вакуумного состояния. Различные вакуумы, несмотря на то, что все они «пусты» (не содержат частиц), обычно будут иметь разную энергию вакуума. Квантовая теория поля утверждает, что давление энергии вакуума всегда отрицательно и по величине равно его плотности энергии.

Инфляционная теория постулирует, что существует вакуумное состояние с очень большой вакуумной энергией, вызванной ненулевым значением математического ожидания вакуума поля инфлатона. Любая область пространства в этом состоянии будет быстро расширяться. Даже если изначально он не пустой (содержит некоторые частицы), очень быстрое экспоненциальное расширение уменьшает плотность частиц практически до нуля.

Фазовый переход к истинному вакууму

Инфляционная теория также постулирует, что это состояние «инфляционного вакуума» не является состоянием с глобальной самой низкой энергией; скорее, это «ложный вакуум », также известный как метастабильное состояние.

Для каждого наблюдателя в любой выбранной точке пространства ложный вакуум в конечном итоге переходит в состояние с той же потенциальной энергией, но не в вакуум (это не локальный минимум потенциальной энергии - это " может распасться "). Это состояние можно рассматривать как настоящий вакуум, заполненный большим количеством частиц инфлатона. Однако скорость расширения истинного вакуума в этот момент не меняется: только его экспоненциальный характер меняется на гораздо более медленное расширение метрики FLRW. Это гарантирует, что скорость расширения точно соответствует плотности энергии.

Медленное вращение и повторный нагрев

В истинном вакууме частицы инфлатона распадаются, что в конечном итоге приводит к появлению наблюдаемых частиц Стандартной модели. Форма функции потенциальной энергии вблизи «туннельного выхода» из состояния ложного вакуума должна иметь пологий наклон, иначе образование частиц будет ограничено границей расширяющегося истинного вакуумного пузыря, что противоречит наблюдениям (наша Вселенная не построена из огромных полностью пустотных пузыри). Другими словами, квантовое состояние должно «медленно катиться ко дну».

По завершении распад инфлатонных частиц заполняет пространство горячей и плотной плазмой Большого взрыва.

Кванты поля

Ожидается, что, как и любое другое квантовое поле, возбуждения поля инфлатона будут квантоваться. Кванты поля инфлатонного поля известны как инфлатоны . В зависимости от моделируемой плотности потенциальной энергии основное состояние поля инфлатона может быть или не быть нулевым.

Термин «инфлатон» следует типичному стилю имен других квантовых частиц - например, фотон, глюон, бозон и фермион - происходящее от слова инфляция. Этот термин впервые был использован в статье Нанопулоса, Оливии и Средницки (1983). Природа инфлатонного поля в настоящее время неизвестна. Одним из препятствий для сужения его свойств является то, что текущая квантовая теория не может правильно предсказать наблюдаемую энергию вакуума на основе содержания частиц выбранной теории (см. катастрофа вакуума ).

Аткинс (2012) предположил, что возможно, что новое поле не требуется - что модифицированная версия поля Хиггса может функционировать как инфлатон.

Не- минимально связанная инфляция

Неминимально связанная инфляция - это модель инфляции, в которой константа, связывающая гравитацию с инфлатонным полем, не мала. Константа связи обычно представлена ​​как ξ {\ displaystyle \ xi}\ xi (Xi ), который присутствует в action (созданном путем модификации Эйнштейна – Гильберта действие ):

S = ∫ d 4 Икс - g [1 2 м п 2 R - 1 2 ∂ μ ϕ ∂ μ ϕ - V (ϕ) - 1 2 ξ R ϕ 2] {\ displaystyle S = \ int d ^ {4} x {\ sqrt {-g}} \ left [{\ tfrac {1} {2}} m_ {P} ^ {2} R - {\ tfrac {1} {2}} \ partial ^ {\ mu} \ phi \ partial _ {\ mu} \ phi -V (\ phi) - {\ tfrac {1} {2}} \ xi R \ phi ^ {2} \ right]}{\ displaystyle S = \ int d ^ {4} x {\ sqrt {-g}} \ left [ {\ tfrac {1} {2}} m_ {P} ^ {2} R - {\ tfrac {1} {2}} \ partial ^ {\ mu} \ phi \ partial _ {\ mu} \ phi -V (\ phi) - {\ tfrac {1} {2}} \ xi R \ phi ^ {2} \ right ]} ,

с ξ {\ displaystyle \ xi}\ xi , представляющий силу взаимодействия между R {\ displaystyle R}Rи ϕ {\ displaystyle \ phi}\ phi , которые соответственно относятся к кривизне пространства и величине поля инфлатона.

См. Также

Литература

Последняя правка сделана 2021-05-24 14:41:02
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте