Inflaton - Inflaton

Pole inflatonowe jest hipotetycznym polem skalarnym, które, jak się przypuszcza, napędzało kosmiczną inflację we wczesnym wszechświecie . Pole, pierwotnie postulowane przez Alana Gutha , zapewnia mechanizm, dzięki któremu można wygenerować okres gwałtownej ekspansji od ^10-35 do ^10-34 sekund po początkowej ekspansji , tworząc wszechświat zgodny z obserwowaną przestrzenną izotropią i jednorodnością.

Inflacja kosmologiczna

Podstawowy model inflacji przebiega w trzech fazach:

Rozszerzający się stan próżni o wysokiej energii potencjalnej
Przejście fazowe do prawdziwej próżni
Powolne rolowanie i podgrzewanie

Rozszerzający się stan próżni o wysokiej energii potencjalnej

W kwantowej teorii pola , wykorzystując stan próżni lub próżni jest stanem pól kwantowych, które jest lokalnie minimalnej energii potencjalnej. Cząstki kwantowe to wzbudzenia, które odbiegają od tego minimalnego stanu energii potencjalnej, dlatego stan próżni nie zawiera w sobie cząstek. W zależności od specyfiki kwantowej teorii pola może mieć więcej niż jeden stan próżni. Inna próżnia, mimo że „była pusta” (bez cząstek), będzie miała generalnie inną energię próżni . Teoria pola kwantowego zakłada, że ciśnienie energii próżni jest zawsze ujemne i równe jej gęstości energii.

Teoria inflacyjna postuluje, że istnieje stan próżni o bardzo dużej energii próżni, spowodowany niezerową wartością oczekiwaną próżni w polu inflacyjnym. Każdy region kosmosu w tym stanie szybko się rozszerzy. Nawet jeśli początkowo nie jest pusty (zawiera trochę cząstek), bardzo szybka ekspansja wykładnicza rozrzedza gęstość cząstek do zasadniczo zera.

Przejście fazowe do prawdziwej próżni

Teoria inflacyjna dalej postuluje, że ten stan „próżni inflacyjnej” nie jest stanem o najniższej energii na świecie; jest to raczej „ fałszywa próżnia ”, znana również jako stan metastabilny .

Dla każdego obserwatora w dowolnym wybranym punkcie przestrzeni fałszywa próżnia w końcu przechodzi do stanu o tej samej energii potencjalnej, ale która nie jest próżnią (nie jest na lokalnym minimum energii potencjalnej — może „zanikać”). Ten stan może być postrzegany jako prawdziwa próżnia wypełniona dużą liczbą cząstek inflatonu. Jednak tempo ekspansji prawdziwej próżni nie zmienia się w tym momencie: tylko jej charakter wykładniczy zmienia się na znacznie wolniejsze rozszerzanie metryki FLRW . Gwarantuje to, że szybkość ekspansji dokładnie odpowiada gęstości energii.

Powolne rolowanie i podgrzewanie

W prawdziwej próżni cząstki inflatonu rozpadają się, ostatecznie dając początek obserwowanym cząstkom Modelu Standardowego. Kształt funkcji energii potencjalnej w pobliżu „wyjścia tunelu” ze stanu fałszywej próżni musi mieć płytkie nachylenie, w przeciwnym razie produkcja cząstek będzie ograniczona do granicy rozszerzającego się prawdziwego bąbla próżniowego, co jest sprzeczne z obserwacjami (nasz Wszechświat nie jest zbudowany z ogromnej całkowitej pustki pęcherzyki). Innymi słowy, stan kwantowy powinien „powoli staczać się na dno”.

Po zakończeniu rozpad cząstek inflatonu wypełnia przestrzeń gorącą i gęstą plazmą Wielkiego Wybuchu.

Kwanty pola

Podobnie jak w przypadku każdego innego pola kwantowego, wzbudzenia pola inflatonowego powinny być skwantowane. Kwanty pola inflatonu nazywane są inflatonami . W zależności od modelowanej gęstości energii potencjalnej stan podstawowy pola inflatonowego może, ale nie musi, wynosić zero.

Termin inflaton nawiązuje do typowego stylu nazw innych cząstek kwantowych – takich jak foton , gluon , bozon i fermion – wywodzącego się od słowa inflacja . Termin ten został po raz pierwszy użyty w artykule Nanopoulosa, Olive i Średnickiego (1983). Charakter pola inflatonowego nie jest obecnie znany. Jedną z przeszkód w zawężaniu jej właściwości jest to, że współczesna teoria kwantów nie jest w stanie poprawnie przewidzieć obserwowanej energii próżni na podstawie zawartości cząstek wybranej teorii (patrz katastrofa próżni ).

Atkins (2012) zasugerował, że możliwe jest, że nie jest potrzebne żadne nowe pole – że zmodyfikowana wersja pola Higgsa mogłaby funkcjonować jako inflaton.

Inflacja niezwiązana minimalnie

Inflacja niesprzężona minimalnie to model inflacyjny, w którym stała łącząca grawitację z polem inflacyjnym nie jest mała. Stała sprzężenia jest zwykle reprezentowane przez (literę XI ), w którym znajduje się w działaniu (skonstruowany poprzez modyfikowanie działania Einsteina- Hilberta ) $\xi$

{\ Displaystyle S = \ int d ^ {4} x {\ sqrt {-g}} \ lewo [{\ 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 ]}

,

z przedstawieniem siły oddziaływania między i , które odnoszą się odpowiednio do krzywizny przestrzeni i wielkości pola inflatonowego. $\xi$ ${\ Displaystyle R}$ $\phi$

Languages

In other projects