Inflaton - Inflaton

O campo do ínflaton é um campo escalar hipotético que se conjectura ter causado a inflação cósmica no início do universo . O campo, originalmente postulado por Alan Guth , fornece um mecanismo pelo qual um período de rápida expansão de 10 ⁻³⁵ a 10 ⁻³⁴ segundos após a expansão inicial pode ser gerado, formando um universo consistente com a isotropia espacial observada e homogeneidade.

Inflação cosmológica

O modelo básico de inflação ocorre em três fases:

Expandindo o estado de vácuo com energia de alto potencial
Transição de fase para vácuo verdadeiro
Rolar lento e reaquecimento

Expandindo o estado de vácuo com energia de alto potencial

Na teoria quântica de campos , um estado de vácuo ou vácuo é um estado de campos quânticos que tem energia potencial mínima localmente. Partículas quânticas são excitações que se desviam deste estado de energia potencial mínimo, portanto, um estado de vácuo não contém partículas. Dependendo das especificações de uma teoria quântica de campos, ela pode ter mais de um estado de vácuo. Vácuo diferente, apesar de "estar vazio" (sem partículas), geralmente terá energia de vácuo diferente . A teoria quântica de campos estipula que a pressão da energia do vácuo é sempre negativa e igual em magnitude à sua densidade de energia.

A teoria inflacionária postula que existe um estado de vácuo com uma energia de vácuo muito grande, causada por um valor de expectativa de vácuo diferente de zero do campo do ínflaton. Qualquer região do espaço neste estado se expandirá rapidamente. Mesmo que inicialmente não esteja vazio (contenha algumas partículas), a expansão exponencial muito rápida dilui a densidade das partículas a essencialmente zero.

Transição de fase para vácuo verdadeiro

A teoria inflacionária postula ainda que este estado de "vácuo inflacionário" não é o estado com energia globalmente mais baixa; em vez disso, é um " falso vácuo ", também conhecido como estado metaestável .

Para cada observador em qualquer ponto escolhido do espaço, o falso vácuo finalmente se transforma em um estado com a mesma energia potencial, mas que não é um vácuo (não está em um mínimo local da energia potencial - ele "pode decair"). Esse estado pode ser visto como um verdadeiro vácuo, preenchido com um grande número de partículas do ínflaton. No entanto, a taxa de expansão do vácuo verdadeiro não muda naquele momento: apenas seu caráter exponencial muda para uma expansão muito mais lenta da métrica FLRW . Isso garante que a taxa de expansão corresponda precisamente à densidade de energia.

Rolar lento e reaquecimento

No vácuo real, as partículas do ínflaton decaem, dando origem às partículas do Modelo Padrão observadas. A forma da função de energia potencial próxima à "saída do túnel" do falso estado de vácuo deve ter uma inclinação rasa, caso contrário, a produção de partículas será confinada à fronteira de expansão da bolha de vácuo verdadeira, o que contradiz a observação (nosso Universo não é construído de um enorme vazio bolhas). Em outras palavras, o estado quântico deve "rolar lentamente para o fundo".

Quando concluída, a decomposição das partículas do ínflaton preenche o espaço com plasma quente e denso do Big Bang.

Quanta de campo

Assim como qualquer outro campo quântico, espera-se que as excitações do campo do ínflaton sejam quantizadas. Os quanta do campo do ínflaton são conhecidos como inflatons . Dependendo da densidade de energia potencial modelada, o estado fundamental do campo do ínflaton pode ou não ser zero.

O termo ínflaton segue o estilo típico de nomes de outras partículas quânticas - como fóton , glúon , bóson e férmion - derivado da palavra inflação . O termo foi usado pela primeira vez em um artigo de Nanopoulos, Olive e Srednicki (1983). A natureza do campo do ínflaton não é conhecida atualmente. Um dos obstáculos para estreitar suas propriedades é que a teoria quântica atual não é capaz de prever corretamente a energia do vácuo observada, com base no conteúdo das partículas de uma teoria escolhida (ver catástrofe do vácuo ).

Atkins (2012) sugeriu que é possível que nenhum novo campo seja necessário - que uma versão modificada do campo de Higgs poderia funcionar como um ínflaton.

Inflação não minimamente acoplada

A inflação não minimamente acoplada é um modelo inflacionário no qual a constante que acopla a gravidade ao campo do ínflaton não é pequena. A constante de acoplamento é geralmente representada por (letra xi ), que aparece na ação (construída modificando a ação de Einstein-Hilbert ): $\xi$

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]

,

com a representação da força da interação entre e , que respectivamente se relacionam com a curvatura do espaço e a magnitude do campo do ínflaton. $\xi$ $R$ $\phi$

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