El campo inflatón es un campo escalar hipotético que se supone que impulsó la inflación cósmica en el universo temprano . [1] [2] [3] El campo, postulado originalmente por Alan Guth , [1] proporciona un mecanismo por el cual se puede generar un período de rápida expansión de 10 −35 a 10 −34 segundos después de la expansión inicial , formando un universo consistente con la isotropía y homogeneidad espacial observadas .
El modelo básico [ aclaración necesaria ] de inflación se desarrolla en tres fases: [4]
Un "vacío" o " estado de vacío " en la teoría cuántica de campos es un estado de campos cuánticos que se encuentra en una energía potencial mínima local. Las partículas cuánticas son excitaciones que se desvían de este estado de energía potencial mínima, por lo tanto, un estado de vacío no tiene partículas en él. Dependiendo de las particularidades de una teoría cuántica de campos, puede tener más de un estado de vacío. Diferentes vacíos, a pesar de que todos "estén vacíos" (no tengan partículas), generalmente tendrán diferente energía de vacío . La teoría cuántica de campos estipula que la presión de la energía de 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, causada por un valor esperado de vacío distinto de cero del campo inflatón. Cualquier región del espacio en este estado se expandirá rápidamente. Incluso si inicialmente no está vacía (contiene algunas partículas), una expansión exponencial muy rápida diluye cualquier partícula que pudiera haber estado presente previamente hasta una densidad esencialmente cero.
La teoría inflacionaria postula además que este estado de "vacío inflacionario" no es el estado con la energía globalmente más baja; es más bien un " falso vacío ", también conocido como estado metaestable .
Para cada observador en cualquier punto elegido del espacio, el falso vacío acaba por convertirse en un estado con la misma energía potencial, pero que no es un vacío (no está en un mínimo local de la energía potencial, puede "decaer"). Este estado puede verse como un vacío verdadero, lleno de una gran cantidad de partículas inflatón. Sin embargo, la tasa de expansión del vacío verdadero no cambia en ese momento: solo cambia su carácter exponencial 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 inflatón se desintegran, dando lugar finalmente a las partículas observadas en el Modelo Estándar. [ cita requerida ] La forma de la función de energía potencial cerca de la "salida del túnel" del estado de vacío falso debe tener una pendiente suave, de lo contrario la producción de partículas estaría confinada al límite de la burbuja de vacío verdadero en expansión, lo que contradice la observación (el universo que vemos a nuestro alrededor no está formado por enormes burbujas completamente vacías). En otras palabras, el estado cuántico debería "rodar lentamente hacia el fondo".
Cuando se completa, la desintegración de las partículas de inflatón llena el espacio con plasma caliente y denso del Big Bang. [5]
Al igual que cualquier otro campo cuántico, se espera que las excitaciones del campo inflatón estén cuantizadas. Los cuantos de campo del campo inflatón se conocen como inflatones . Dependiendo de la densidad de energía potencial modelada, el estado fundamental del campo inflatón 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). [6] Actualmente no se conoce la naturaleza del campo inflatón. Uno de los obstáculos para delimitar sus propiedades es que la teoría cuántica actual no puede predecir correctamente la energía de vacío observada, basándose en el contenido de partículas de una teoría elegida (véase catástrofe del vacío ).
Atkins (2012) sugirió que es posible que no sea necesario ningún campo nuevo, sino que una versión modificada del campo de Higgs podría funcionar como un inflatón. [7]
La inflación no mínimamente acoplada es un modelo inflacionario en el que la constante que acopla la gravedad al campo inflatón no es pequeña. La constante de acoplamiento se representa habitualmente mediante (letra xi ), que aparece en la acción (construida modificando la acción de Einstein-Hilbert ): [8] : 1–2
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 inflatón.
... del autor de
Ondas en un mar imposible
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![{\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)
