インフレーション中およびそれ以前に生成された真空ゆらぎの発展

AOKI Hajime; ISO Satoshi; ISO Satoshi; SEKINO Yasuhiro

文献

J-GLOBAL ID：201402293979745639 整理番号：14A0844078

インフレーション中およびそれ以前に生成された真空ゆらぎの発展

Evolution of vacuum fluctuations generated during and before inflation

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資料名：
巻： 89 号： 10,Pt.A ページ： 103536.1-103536.29 発行年： 2014年05月
JST資料番号： D0748A ISSN： 1550-7998 CODEN： PRVDAQ 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

現在の宇宙は,宇宙定数模型(ΛCDM)の下での空間的に平坦な冷たい暗黒物質でよく記述される。宇宙のエネルギー密度は臨界密度に近い。Planck2013によれば,エネルギー密度の5.1%のみが既知のバリオン型物質に帰せられ,一方26.8%は冷たい暗黒物質に,68.3%が暗黒エネルギー(あるいは宇宙定数)に帰せられる。この論文では,宇宙定数問題への応用を踏まえ,宇宙論的時空における量子場の真空エネルギーのいくつかの側面を調べた。特に,量子場の赤外(IR)モードの現在の宇宙への影響を調べるため,ミニマルに結合した質量零スカラー場に対するエネルギー運動量テンソルの期待値の時間発展を計算した。最初に,Bunch-Davies初期条件を固定し,インフレーションから現在までの発展を調べた。量子場のエネルギー密度は,インフレーション中および各瞬間でのHubbleパラメータをそれぞれH_IおよびHとするとき,物質優勢(MD)期においてρ~3(H_IH)²/32π²として発展した。状態方程式w=ρ/pは,負の値から放射優勢(RD)期におけるw=1/3へ,1/3からMD期のw=0に変化した。次に,インフレーション前に存在したかもしれない可能なPlanck期の宇宙の効果を,HubbleパラメータH_P(>H_I)の別のインフレーションが存在したと仮定して考えた。この場合,現在の地平線半径より長い波長のモードが主に増幅され,量子場のエネルギー密度は,MD期に時間とともにρ~(a/a₀)(H_PH)²/32のように成長した。ここで,aとa₀は,それぞれ,各瞬間と現在のスケール因子である。したがって,H_PがPlanckスケールM_Pのオーダーであると,ρは現在の臨界密度3(H_PH)²と同じ程度になることがわかった。通常のインフレーション以前の長波長ゆらぎからのρへの寄与は,自由場近似でw=-1/3となった。これらのことから,現在の宇宙のエネルギー密度のオーダーの真空エネルギーは,極初期の宇宙で生成されたIRゆらぎの増幅による可能性があることがわかった。しかし,これらの通常のインフレーション以前の大きなゆらぎが生成されるIRでは,自由場近似は恐らく正しくないため,相互作用によりさらにエネルギー密度が増幅され状態方程式が変わる可能性について言及した。

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宇宙論 , 相対論及び重力を含むその他の理論

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