Towards the Theory of Reheating After Inflation
Kofman, Linde, Starobinskyの論文を読んでみようかというきになっている。
https://arxiv.org/pdf/hep-ph/9704452.pdf
とりあえず、Abstractを読んでみた。以下は機械翻訳を整形したの。
- インフレーション後の再加熱は、振動するインフレトン場による粒子の生成により発生します。
- この論文では、再加熱への摂動アプローチを簡単に説明し、摂動理論を超えた効果に集中します。
- これらはパラメトリック共振の段階に関連しており、これを予熱と呼びます。
- インフラトン場の振動の初期振幅が十分に大きい場合、膨張する宇宙で発生する可能性があります。
- 相互作用項g2φ2χ2を使用して、別のスカラー場χに結合された大規模なインフラトン場φの単純なモデルを調べます。
- このモデルのパラメトリック共振は非常に広いです。
- それは非常に珍しい確率論的な方法で起こり、宇宙の膨張が無視された場合のパラメトリック共鳴とは全く異なります。
- 振動するインフラトン場と相互作用する量子場は、宇宙の急速な膨張のために、互いに相関のない位相で発生する一連の+キックを経験します。
- プロセスの確率的性質にもかかわらず、フィールドχのゆらぎの指数関数的成長につながります。
- このプロセスを確率共鳴と呼びます。
- 再散乱の影響を含め、宇宙の膨張と生成された粒子の逆反応を考慮して予熱の理論を開発します。
- この調査は、インフレ後の再加熱に関する以前の研究を拡張したものです[1]。
- 生成された粒子の有効電位V（φ）への寄与は、通常の場合のφ2ではなく、|φ|に比例することを示しています。
- 予熱のプロセスは、いくつかの異なる段階に分けることができます。
- 最初の段階では、作成された粒子の逆反応は重要ではありません。
- 第二段階では、逆反応により、インフラトン場の振動の頻度が増加し、プロセスが以前よりもさらに効率的になります。
- 次に、振動するインフラトン場に対するχ粒子の散乱に関連する効果により、共鳴が終了します。
- 予熱中に生成される粒子の数密度nχと、すべての逆反応効果を考慮した量子ゆらぎhχ2iを計算します。
- これにより、効率的な予熱が可能な質量と結合定数の範囲を見つけることができます。
- 特に、特定の条件下では、このプロセスにより、インフラトン場の質量よりもはるかに大きい質量の粒子が生成される場合があります。
Introduction
- インフレーション理論によると、宇宙に住む（ほぼ）すべての素粒子は、インフレーション後の宇宙の再加熱の過程で作成されました[2]。
- このプロセスは非常に重要です。
- しかし、長年にわたり、再加熱の理論は、インフレ理論の最も発展の遅れた部分であり続けました。
- 現在でも、再加熱のメカニズムの多くの特徴が理解されているとき、この主題に関する文献は相反する声明でいっぱいです。
- インフレーション後の再加熱の基本的な考え方は、新しいインフレーションに関する最初の論文[3]で提案されました。
- 再加熱は、振動するスカラー場φによる粒子生成により発生します。
- 最も単純なインフレーションモデルでは、このフィールドは、宇宙の進化の初期段階でインフレーションを駆動する同じインフレトンフィールドφです。
- 膨張後、スカラー場φ（これをインフラトンと呼びます）は、その有効ポテンシャルの最小値近くで振動し、素粒子を生成します。
- これらの粒子は互いに相互作用し、最終的にはある温度Tで熱平衡状態になります。
- このプロセスは、古典的なスカラー場φのすべての（またはほとんどすべての）エネルギーが素粒子の熱エネルギーに移行すると完了します。
- この段階での宇宙の温度は、再加熱温度と呼ばれます。
- このプロセスの現象論的記述の最初の試みは、参考文献で行われました。 [4]。
- 著者は、スカラー場の運動方程式にさまざまな摩擦項を追加して、インフレトン場から物質へのエネルギー移動を模倣しました。しかし、どのような種類の用語を追加するべきか、また、インフレトン場のゆっくりしたローリングの段階で追加するのか、インフレトン場の急速な振動の段階でのみ追加するのかは不明でした。
- 新しいインフレシナリオへの適用における再加熱の理論は、参考文献で最初に開発されました。 [5,6]、およびR2インフレーションへの適用では、ref。 [7]。
- これは摂動理論に基づいており、多くの現実的なモデルで再加熱温度Trを取得するのに十分でした。
- この理論の詳細を説明します。今後の出版物[8]でさらに発展させる予定である。
- ただし、摂動論には一定の制限があり、ごく最近になって実現されました。
- 特に、[5]で説明されているベクトル場へのインフレトン場の減衰のメカニズムは、考慮される新しいインフレーションモデルの再加熱の中間段階でのみ効率的です。
- [6]で説明されているフェルミオンへのインフレトンフィールドの崩壊は、通常、非常に遅いときにのみ重要です。
- 再加熱の段階。多くのインフレーションモデルでは、これらのメカニズムはどちらもプロセスの最初の段階を正しく説明していません。
- 実際、最近では、多くのインフレーションモデルで再加熱の最初の段階が幅広いパラメトリック共鳴の領域で発生することが理解されました[1]。
- この段階を遅い再加熱と熱化の後続段階と区別するために、予熱と呼びました。
- 予熱中のインフレトン場から他のボーズ場および粒子へのエネルギー移動は非常に効率的です。
- [1]で指摘したように、パラメトリック共振の段階では再加熱は完了しません。
- 最終的に、共鳴は狭く非効率になり、インフラトン場の崩壊とその崩壊生成物の熱化の最終段階は、再加熱の基本理論によって説明できる[5,6,8]。
- したがって、再加熱の初歩的な理論は、パラメトリック共振の段階で再加熱が始まる理論においても非常に有用であることが証明されています。
- しかし、それは、元のコヒーレントに振動するインフレトン場ではなく、その崩壊の生成物、および予熱を生き残ったインフレトン場の部分に適用する必要があります。
- 広い共鳴領域での爆発的に急速な予熱の短い段階は、宇宙のその後の進化に長続きする効果があるかもしれません。
- 初期宇宙の特定の非熱的相転移[9,10]およびトポロジカル欠陥生成につながる可能性があり、バリオジェネシスの新しいメカニズムを可能にする可能性があり[11,12]、再加熱温度Trの最終値を変更する可能性があります。
- 外部場の振動による粒子生成への応用におけるパラメトリック共鳴の理論は、20年以上前に開発されました [13] 。
- この理論で使用される方法は、主に狭いパラメトリック共振の場合のために開発されました 。
- この理論をインフレーション後の再加熱に適用する最初の試みは、ドルゴフとキリロワ[14]およびトラッシェンとブランデンベルガー[15]によって、新しいインフレーションの文脈における狭い共鳴体制のために行われました。
- [14]で、膨張する宇宙でのパラメトリック共鳴は効率的な再加熱をもたらすことができないと推測されました。
- Ref [15]の著者は、新しいインフレーションのパラメトリック共振が効率的であるという重要な結論に達しました。
- しかし、彼らのパラメトリック共振の調査は完全に正しくありませんでした 。
- この論文のSecIVを参照してください 。
- いずれにせよ、現時点では、新しいインフレシナリオに基づく一貫したインフレモデルはありません。
- 混inflationとしたインフレーションにおける再加熱の一般理論への一歩は、かなり自明ではありませんでした。
- 実際、新しいインフレーションの有効ポテンシャルは、φ= 0付近で異常にフラットです。
- 有効ポテンシャルのこの微調整された特性の結果、このシナリオのインフレーション終了時のハッブル定数は、振動の質量よりもはるかに小さくなります。
- スカラーフィールド。
- したがって、宇宙の膨張に関連する影響は、共鳴の発達にとってそれほど破壊的ではなく、共鳴が狭い場合でもかなり効率的です。
- 狭い共鳴は、λφ4のタイプの共形不変理論の文脈では、カオス的インフレーションでもかなり効率的です。
- そのような理論では、宇宙の膨張は共鳴の発達を妨げません。
- したがって、共鳴がかなり狭い場合でも予熱は効率的かもしれません[1,16–19]。
- ただし、一般的に有効ポテンシャルは、ポテンシャルの最小値に近いφに関して2次であり、共形不変性を破ります。
- この論文で示すように、2次有効ポテンシャルと相互作用g2φ2χ2を伴う大規模なインフレトン場φの理論など、最も単純なインフレーションモデルでは、共鳴が非常に広い場合にのみ予熱が効率的です。
- 膨張する宇宙での広いパラメトリック共鳴の理論は、狭い共鳴の理論とは劇的に異なります。
