El campo 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 mediante el cual se puede generar un período de rápida expansión de 10 −35 a 10 −34 segundos después de la expansión inicial , formando una universo consistente con la isotropía y homogeneidad espacial observada.
El modelo básico [ se necesita aclaración ] de inflación se desarrolla en tres fases: [4]
En la teoría cuántica de campos , un estado de vacío o vacío es un estado de campos cuánticos que tiene una energía potencial local mínima. Las partículas cuánticas son excitaciones que se desvían de este estado de energía potencial mínima, por lo que un estado de vacío no contiene partículas. Dependiendo de las características específicas de una teoría cuántica de campos, puede tener más de un estado de vacío. Diferentes vacua, a pesar de que todas "están vacías" (no tienen partículas), generalmente tendrán diferente energía de vacío . 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 esperado de vacío distinto de cero del campo de inflación. 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 hasta prácticamente cero.
La teoría inflacionaria postula además que este estado de "vacío inflacionario" no es el estado con menor energía a nivel mundial; más bien, es un " falso vacío ", también conocido como estado metaestable .
Para cada observador en cualquier punto elegido del espacio, el falso vacío eventualmente se convierte en un túnel hacia un estado con la misma energía potencial, pero que no es un vacío (no está en un mínimo local de energía potencial; puede "decaer"). Este estado puede verse como un verdadero vacío, lleno de una gran cantidad de partículas infladas. Sin embargo, la tasa de expansión del vacío verdadero no cambia en ese momento: sólo su carácter exponencial cambia a una expansión mucho más lenta de la métrica FLRW . Esto garantiza que la tasa de expansión coincida exactamente con la densidad de energía.
En el vacío verdadero, las partículas de inflatón se desintegran y eventualmente dan lugar a las partículas observadas del modelo estándar. [ cita necesaria ] 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 limitaría al límite de la verdadera burbuja de vacío en expansión, lo que contradice la observación (nuestro Universo no está construido de enormes burbujas completamente vacías). En otras palabras, el estado cuántico debería "rodar lentamente hasta el fondo".
Cuando se completa, la desintegración de las partículas de inflatón llena el espacio con plasma denso y caliente del Big Bang.
Al igual que cualquier otro campo cuántico, se espera que las excitaciones del campo inflatón estén cuantizadas. Los cuantos de campo del campo de inflatones se conocen como inflatones . 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 , que derivan 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 inflatón. Uno de los obstáculos para limitar 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]
La inflación no mínimamente acoplada 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 aparece en la acción (construida modificando la acción de Einstein-Hilbert ): [7] : 1–2
con representar la fuerza de la interacción entre y , que se relacionan respectivamente con la curvatura del espacio y la magnitud del campo de inflación.
![{\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 ]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0f58392158d9868b50b87c05153a07923525c6be)
