Inflaton

Este artículo trata sobre un campo cuántico / de partículas postulado en cosmología. Para un aumento general en el nivel de precios, consulte Inflación . Para otros usos de "inflación", consulte Inflación (desambiguación) .

No confundir con Instanton .

El campo de inflatón es un campo escalar hipotético que se conjetura que impulsó la inflación cósmica en el universo primitivo . ^{[1] [2] [3]} El campo, originalmente postulado por Alan Guth , ^[1] proporciona un mecanismo por el cual se puede generar un período de expansión rápida de 10 ⁻³⁵ a 10 ⁻³⁴  segundos después de la expansión inicial , formando un universo consistente con la isotropía espacial observada y la homogeneidad.

Inflación cosmológica

Artículo principal: Inflación (cosmología)

El modelo básico ^{[ aclaración necesaria ]} de inflación se desarrolla en tres fases: ^[4]

• Expansión del estado de vacío con alta energía potencial
• Transición de fase al verdadero vacío
• Rollo lento y recalentamiento

Expansión del estado de vacío con alta energía potencial

En la teoría cuántica de campos , un estado de vacío o vacío es un estado de campos cuánticos que tiene una energía potencial mínima localmente. Las partículas cuánticas son excitaciones que se desvían de este estado de energía potencial mínima, por lo tanto, un estado de vacío no contiene partículas. Dependiendo de los detalles de una teoría cuántica de campos, puede tener más de un estado de vacío. Diferentes vacíos, a pesar de que todos "estén vacíos" (sin partículas), generalmente tendrán una energía de vacío diferente . La teoría cuántica de campos estipula que la presión de la energía del vacío es siempre negativa e igual en magnitud a su densidad de energía.

La teoría inflacionaria postula que existe un estado de vacío con una energía de vacío muy grande, causado por un valor de expectativa de vacío del campo de inflación distinto de cero. Cualquier región del espacio en este estado se expandirá rápidamente. Incluso si inicialmente no está vacío (contiene algunas partículas), una expansión exponencial muy rápida diluye la densidad de las partículas a esencialmente cero.

Transición de fase al verdadero vacío

Esta sección no cita ninguna fuente . Por favor, ayuda a mejorar esta sección mediante la adición de citas de fuentes confiables . El material no obtenido puede ser cuestionado y eliminado . ( Agosto de 2019 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

La teoría inflacionaria postula además que este estado de "vacío inflacionario" no es el estado con la energía más baja del mundo; más bien, es un " falso vacío ", también conocido como estado metaestable .

Para cada observador en cualquier punto del espacio elegido, el vacío falso eventualmente se convierte en un túnel con la misma energía potencial, pero que no es un vacío (no se encuentra en un mínimo local de la energía potencial; "puede decaer"). Este estado puede verse como un verdadero vacío, lleno de una gran cantidad de partículas de inflación. Sin embargo, la tasa de expansión del vacío real no cambia en ese momento: solo su carácter exponencial cambia a una expansión mucho más lenta de la métrica FLRW . Esto asegura que la tasa de expansión coincida exactamente con la densidad de energía.

Rollo lento y recalentamiento

En verdadero vacío, las partículas de inflatón se descomponen, dando lugar finalmente a las partículas observadas del Modelo Estándar. La forma de la función de energía potencial cerca de la "salida del túnel" del estado de vacío falso debe tener una pendiente poco profunda; de lo contrario, la producción de partículas se limitará al límite de la burbuja de vacío verdadera en expansión, lo que contradice la observación (nuestro Universo no está construido de un enorme vacío completamente vacío burbujas). En otras palabras, el estado cuántico debería "rodar lentamente hacia el fondo".

Cuando se completa, la descomposición de las partículas de inflatón llena el espacio con plasma de Big Bang caliente y denso.

Cuantos de campo

Al igual que cualquier otro campo cuántico, se espera que se cuantifiquen las excitaciones del campo de inflatón. Los cuantos de campo del campo inflatón se conocen como inflatón . Dependiendo de la densidad de energía potencial modelada, el estado fundamental del campo de inflación podría ser cero o no.

El término inflatón sigue el estilo típico de los nombres de otras partículas cuánticas, como fotón , gluón , bosón y fermión , derivado de la palabra inflación . El término fue utilizado por primera vez en un artículo de Nanopoulos, Olive y Srednicki (1983). ^[5] Actualmente se desconoce la naturaleza del campo de inflatón. Uno de los obstáculos para reducir sus propiedades es que la teoría cuántica actual no es capaz de predecir correctamente la energía del vacío observada, basándose en el contenido de partículas de una teoría elegida (ver catástrofe del vacío ).

Atkins (2012) sugirió que es posible que no sea necesario ningún campo nuevo, que una versión modificada del campo de Higgs podría funcionar como un inflatón. ^[6]

Inflado no acoplado mínimamente

La inflación no acoplada mínimamente es un modelo inflacionario en el que la constante que acopla la gravedad al campo de inflación no es pequeña. La constante de acoplamiento suele estar representada por (letra xi ), que presenta en la acción (construida modificando la acción de Einstein-Hilbert ): ^{[7] : 1–2}${\displaystyle \xi }$

${\displaystyle S=\int d^{4}x{\sqrt {-g}}\left[{\tfrac {1}{2}}m_{P}^{2}R-{\tfrac {1}{2}}\partial ^{\mu }\phi \partial _{\mu }\phi -V(\phi )-{\tfrac {1}{2}}\xi R\phi ^{2}\right]}$,

con la representación de la fuerza de la interacción entre y , que se relacionan respectivamente con la curvatura del espacio y la magnitud del campo de inflación.${\displaystyle \xi }$${\displaystyle R}$${\displaystyle \phi }$

Ver también

• Ley de Hubble
• Big Bang
• Constante cosmológica

Referencias

1. Guth, Alan H. (1997). El universo inflacionario: la búsqueda de una nueva teoría de los orígenes cósmicos . Libros básicos . págs.  233 –234. ISBN 978-0201328400.
2. Steinhardt, Paul J .; Turok, Neil (2007). Universo sin fin: más allá de la explosión . Casa al azar . pag. 114. ISBN 978-0-7679-1501-4.
3. Steinhardt, Paul J. (abril de 2011). "Debate sobre la inflación: ¿Es la teoría en el corazón de la cosmología moderna profundamente defectuosa?" (PDF) . Scientific American .
4. Tsujikawa, Shinji (2003). "Revisión introductoria de la inflación cósmica". arXiv : hep-ph / 0304257 .
5. Nanopoulos, DV; Olive, KA; Srednicki, M. (1983). "Después de la inflación primordial" (PDF) . Physics Letters B . 127 (1–2): 30–34. Código Bibliográfico : 1983PhLB..127 ... 30N . doi : 10.1016 / 0370-2693 (83) 91624-6 .
6. Atkins, Michael (marzo de 2012). "¿Podría ser el bosón de Higgs el inflatón?" (PDF) .
7. Hertzberg, Mark P (2010). "Sobre la inflación con acoplamiento no mínimo". Revista de Física de Altas Energías . 2010 (11): 23. arXiv : 1002.2995 . Código Bibliográfico : 2010JHEP ... 11..023H . doi : 10.1007 / JHEP11 (2010) 023 . S2CID 54886582 .