Инфлатон - Inflaton

Эта статья о поле частиц / квантовом поле, установленном в космологии. Об общем росте цен см. Инфляция. О других значениях слова «инфляция» см. Инфляция (значения).
Не путать с Немедленное включение.

В инфлатонное поле это гипотетический скалярное поле который, как предполагается, привел космическая инфляция в очень ранняя вселенная.[1][2][3]Поле, изначально постулированное Алан Гут,[1] обеспечивает механизм, с помощью которого период быстрого расширение от 10−35 до 10−34 секунды после начальное расширение могут быть созданы, образуя вселенную, совместимую с наблюдаемой пространственной изотропией и однородностью.

Космологическая инфляция

Основная статья: Инфляция (космология)

Базовый[требуется разъяснение ] Модель инфляции проходит в три фазы:[4]

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

Расширение вакуумного состояния с высокой потенциальной энергией

В квантовая теория поля, а состояние вакуума или вакуум - это состояние квантовых полей, имеющее локально минимальную потенциальную энергию. Квантовые частицы - это возбуждения, которые отклоняются от этого 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 разные энергия 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, вызванное ненулевым значением математического ожидания поля инфлатона. Любая область пространства в этом состоянии будет быстро расширяться. Даже если изначально он не пустой (содержит некоторые частицы), очень быстрое экспоненциальное расширение снижает 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 метастабильный государственный.

Для каждого наблюдателя в любой выбранной точке пространства ложный вакуум в конечном итоге переходит в состояние с той же потенциальной энергией, но не является вакуумом (он не находится в локальном минимуме потенциальной энергии - он «может распадаться»). Это состояние можно рассматривать как настоящий вакуум, заполненный большим количеством инфлатонных частиц. Однако скорость расширения истинного вакуума в этот момент не меняется: только его экспоненциальный характер меняется на гораздо более медленное расширение вакуума. Метрика 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 около «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 пустых пространств). 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

Как и любое другое квантовое поле, ожидается, что возбуждения поля инфлатона будут квантованы. Кванты поля инфлатонного поля известны как инфлатоны. В зависимости от моделируемой плотности потенциальной энергии поле инфлатона основное состояние может быть, а может и не быть нулем.

Период, термин надувной 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).[5]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. вакуумная катастрофа ).

Аткинс (2012) предположил, что, возможно, нет необходимости в новом поле - что модифицированная версия Поле Хиггса может работать как надувной.[6]

Инфляция с неминимально связанной инфляцией

Инфляция с неминимально связанной инфляцией является инфляционный модель, в которой константа, которая связывает сила тяжести к инфлатонное поле не маленький. В константа связи обычно представлен (Си ), который присутствует в действие (построенный путем модификации Действие Эйнштейна – Гильберта ):[7]:1–2

,

с представляет собой силу взаимодействия между и , которые соответственно относятся к кривизне пространства и величине поля инфлатона.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Гут, Алан Х. (1997). Инфляционная Вселенная: поиски новой теории космического происхождения. Базовые книги. стр.233 –234. ISBN  978-0201328400.
  2. ^ Стейнхардт, Пол Дж.; Турок, Нил (2007). Бесконечная Вселенная: За гранью. Случайный дом. п. 114. ISBN  978-0-7679-1501-4.
  3. ^ Стейнхардт, Пол Дж. (Апрель 2011 г.). «Дебаты об инфляции: является ли теория, лежащая в основе современной космологии, глубоко ошибочной?» (PDF). Scientific American.
  4. ^ Цудзикава, Синдзи (2003). «Вводный обзор космической инфляции». arXiv:hep-ph / 0304257.
  5. ^ Nanopoulos, D.V .; Olive, K.A .; Средницки, М. (1983). «После изначальной инфляции» (PDF). Письма по физике B. 127 (1–2): 30–34. Bibcode:1983ФЛБ..127 ... 30Н. Дои:10.1016/0370-2693(83)91624-6.
  6. ^ Аткинс, Майкл (март 2012). "Может ли бозон Хиггса быть инфлатоном?" (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ Герцберг, Марк П. (2010). «Об инфляции с неминимальной связью». Журнал физики высоких энергий. 2010 (11): 23. arXiv:1002.2995. Bibcode:2010JHEP ... 11..023H. Дои:10.1007 / JHEP11 (2010) 023. S2CID  54886582.