Космологическая инфляция на основе обобщенного потенциала скалярного поля

Аннотация

Рассмотрена космологическая модель инфляции с обобщенным потенциалом скалярного поля, основанная на точных решениях, которые получены из уравнений космологической динамики. Предложенный обобщенный потенциал подразумевает возможность реализации различных инфляционных механизмов в рамках одной космологической модели. На основе предложенного метода получен вид эффективного обобщенного потенциала скалярного поля, включающего в себя описание различных физических эффектов: спонтанного нарушения электрослабой симметрии, тахионной конденсации, спонтанного нарушения суперсимметрии и др. На реализацию конкретного физического механизма в течение инфляции влияет выбор параметров модели. Показано, что предложенные космологические модели соответствуют современным наблюдательным ограничениям на значения параметров космологических возмущений. В рамках гравитации Эйнштейна объединение различных физических эффектов на основе одного обобщенного эффективного потенциала возможно только для сверхпланковских скалярных полей. Тем не менее, используя гравитацию Эйнштейна --- Гаусса --- Бонне, возможно построение рассматриваемых моделей для субпланковских скалярных полей. Для рассмотренных инфляционных моделей ожидаемый вклад реликтовых гравитационных волн в поляризацию и анизотропию реликтового излучения существенно меньше современных наблюдательных ограничений

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Фомин И.В., Глушков В.Л., Денцель Е.С. и др. Космологическая инфляция на основе обобщенного потенциала скалярного поля. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 6 (123), с. 76--100. EDN: YOUOEY

Литература

[1] Baumann D., McAllister L. Inflation and string theory. Cambridge Univ. Press, 2015.

[2] Фомин И.В., Червон С.В., Морозов А.Н. Гравитационные волны ранней вселенной. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.

[3] Chervon S., Fomin I., Yurov V., et al. Scalar field cosmology. ‎World Scientific, 2019.

[4] Odintsov S.D., Oikonomou V.K., Giannakoudi I., et al. Recent advances in inflation. Symmetry, 2023, vol. 15, iss. 9, art. 1701. DOI: https://doi.org/10.3390/sym15091701

[5] Martin J., Ringeval C., Vennin V. Encyclopædia inflationaris. Phys. Dark Universe, 2014, vol. 5-6, pp. 75--235. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2014.01.003

[6] Mazumdar A., Rocher J. Particle physics models of inflation and curvaton scenarios. Phys. Rep., 2011, vol. 497, iss. 4-5, pp. 85--215. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2010.08.001

[7] Aad G., Abbot B., Abdallah J., et al. Measurements of the Higgs boson production and decay rates and coupling strengths using pp collision data at s = √7 and 8 TeV in the ATLAS experiment. Eur. Phys. J. C, 2016, vol. 76, no. 1, art. 6. DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-015-3769-y

[8] Fumagalli J., Postma M. UV (in)sensitivity of Higgs inflation. J. High Energ. Phys., 2016, vol. 2016, no. 5, art. 49. DOI: https://doi.org/10.1007/JHEP05(2016)049

[9] Enckell V.M., Enqvist K., Nurmi S. Observational signatures of Higgs inflation. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2016, vol. 2016, no. 7, art. 047. DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2016/07/047

[10] Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., Наука, 1990.

[11] Buttazzo D., Degrassi G., Giardino P.P., et al. Investigating the near-criticality of the Higgs boson. J. High Energ. Phys., 2013, vol. 2013, no. 12, art. 89. DOI: https://doi.org/10.1007/JHEP12(2013)089

[12] Felder G.N., Garcia-Bellido J., Greene P.B., et al. Dynamics of symmetry breaking and tachyonic preheating. Phys. Rev. Lett., 2001, vol. 87, no. 1, art. 011601. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.011601

[13] Espinosa J. R., Racco D., Riotto A. Cosmological signature of the standard model Higgs vacuum instability: primordial black holes as dark matter. Phys. Rev. Lett., 2018, vol. 120, no. 12, art. 121301. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.121301

[14] Bezrukov F., Shaposhnikov M. Standard model Higgs boson mass from inflation: two loop analysis. J. High Energ. Phys., 2009, vol. 2009, no. 7, art. 089. DOI: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2009/07/089

[15] Mishra S.S., Sahni V., Toporensky A.V. Initial conditions for inflation in an FRW universe. Phys. Rev. D, 2018, vol. 98, no. 8, art. 083538. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.083538

[16] Samart D., Channuie P. Unification of inflation and dark matter in the Higgs --- Starobinsky model. Eur. Phys. J. C, 2019, vol. 79, no. 4, art. 347. DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-019-6864-7

[17] Lee S.M., Modak T., Oda K.Y., et al. Ultraviolet sensitivity in Higgs --- Starobinsky inflation. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2023, vol. 2023, no. 8, art. 045. DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2023/08/045

[18] Gerasimov A.A., Shatashvili S.L. On exact tachyon potential in open string field theory. J. High Energ. Phys., 2000, vol. 2000, no. 10, art. 034. DOI: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2000/10/034

[19] Kutasov D., Marino M., Moore G.W. Some exact results on tachyon condensation in string field theory J. High Energ. Phys., 2000, vol. 2000, no. 10, art. 045. DOI: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2000/10/045

[20] Veneziano G., Yankielowicz S. An effective Lagrangian for the pure N = 1 supersymmetric Yang --- Mills theory. Phys. Lett. B, 1982, vol. 113, iss. 3, pp. 231--236. DOI: https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90828-0

[21] Channuie P., Jorgensen J.J., Sannino F. Composite inflation from super Yang --- Mills theory, orientifold, and one-flavor QCD. Phys. Rev. D, 2012, vol. 86, no. 12, art. 125035. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.86.125035

[22] Covi L., Lyth D.H. Running-mass models of inflation and their observational constraints. Phys. Rev. D, 1999, vol. 59, no. 6, art. 063515. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.59.063515

[23] Kadota K., Stewart E.D. Inflation on moduli space and cosmic perturbations. J. High Energ. Phys., 2003, vol. 2003, no. 12, art. 008. DOI: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2003/12/008

[24] Covi L., Lyth D.H., Melchiorri A. New constraints on the running-mass inflation model. Phys. Rev. D, 2003, vol. 67, no. 4, art 043507. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.67.043507

[25] Coleman S.R., Weinberg E.J. Radiative corrections as the origin of spontaneous symmetry breaking. Phys. Rev. D, 1973, vol. 7, no. 6, pp. 1888--1910. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.7.1888

[26] Rehman M.U., Shafi Q., Wickman J.R. GUT inflation and proton decay after WMAP5. Phys. Rev. D, 2008, vol. 78, no. 12, art. 123516. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.78.123516

[27] Barenboim G., Chun E.J., Lee H.M. Coleman --- Weinberg inflation in light of Planck. Phys. Lett. B, 2014, vol. 730, pp. 81--88. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2014.01.039

[28] Aghanim N., Akrami Y., Ashdown M., et al. Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astron. Astrophys., 2020, vol. 641, art. A6. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910

[29] Tristram M., Banday A.J., Gorski K.M., et al. Improved limits on the tensor-to-scalar ratio using BICEP and Planck data. Phys. Rev D, 2022, vol. 105, no. 8, art. 083524. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.083524

[30] Tanabashi M., Hagiwara K., Hikasa K., et al. Review of particle physics. Phys. Rev. D, 2018, vol. 98, no. 3, art. 030001. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.030001

[31] Zwiebach B. Curvature squared terms and string theories. Phys. Lett. B, 1985, vol. 156, no. 5-6, pp. 315--317. DOI: https://doi.org/10.1016/0370-2693(85)91616-8

[32] Zumino B. Gravity theories in more than four dimensions. Phys. Rep., 1986, vol. 137, no. 1, pp. 109--114. DOI: https://doi.org/10.1016/0370-1573(86)90076-1

[33] Lovelock D. The Einstein tensor and its generalizations. J. Math. Phys., 1971, vol. 12, no. 3, pp. 498--501. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1665613

[34] Fernandes P.G., Carrilho P., Clifton T., et al. The 4D Einstein --- Gauss --- Bonnet theory of gravity: a review. Class. Quantum Grav., 2022, vol. 39, no. 6, art. 063001. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6382/ac500a

[35] Glavan D., Lin C. Einstein --- Gauss --- Bonnet gravity in four-dimensional spacetime. Phys. Rev. Lett., 2020, vol. 124, no. 8, art. 081301. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.081301

[36] Laurentis M.D., Paolella M., Capoziello S. Cosmological inflation in gravity. Phys. Rev. D, 2015, vol. 91, no. 8, art. 083531. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.91.083531

[37] Fomin I.V., Chervon S.V. Reconstruction of general relativistic cosmological solutions in modified gravity theories. Phys. Rev. D, 2019, vol. 100, no. 2, art. 023511. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.023511

[38] Fomin I. Gauss --- Bonnet term corrections in scalar field cosmology. Eur. Phys. J. C, 2020, vol. 80, no. 12, art. 1145. DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08718-w

[39] Aggarwal N., Aguiar O.D., Bauswein A., et al. Challenges and opportunities of gravitational-wave searches at MHz to GHz frequencies. Living Rev. Relativ., 2021, vol. 24, art. 4. DOI: https://doi.org/10.1007/s41114-021-00032-5

[40] Морозов А.Н., Голяк И.С., Фомин И.В. и др. Детекторы высокочастотных гравитационных волн на основе гравитационно-оптического резонанса. Пространство, время и фундаментальные взаимодействия, 2022, № 41, с. 49--61.