暴涨宇宙与宇宙学常数问题

暴涨宇宙与宇宙学常数问题
作者：冯朝君李新洲
来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2014年第04期
摘要：假设在宇宙暴涨时期，宇宙学“常数”不再是一个常数而是一个变化的量，并且由于它与暴涨场之间具有的相互作用，解决了宇宙学常数的精细调节问题.同时，这种相互作用也使得暴涨宇宙模型不仅能够预言大的张标比、正确的扰动谱，而且能预言大的谱指数跑动.此外，暴涨所需要的e-folding数也大到足够解决大爆炸宇宙学中的视界、平坦性等问题.
关键词：暴涨宇宙；宇宙学常数；张标比；谱指数
中图分类号： O 412.1 文献标识码： A 文章编号： 1000-5137（2014）04-0378-06
在最简单的暴涨宇宙模型中，一个被称为暴涨子的标量场驱动着宇宙加速膨胀.为了能够使宇宙在早期有足够长的暴涨时间，这个标量场需要有一个非常平坦的势能V（）.当暴涨开始的时候，它将从势能高的地方缓慢地滚向势能低的地方.这个过程就称为慢滚暴涨.现在虽然有很多暴涨模型，但是人们对暴涨子的本质还知之甚少.在暴涨场候选者当中，希格斯粒子是最佳人选，因为它不仅在粒子物理标准模型中起到重要作用，而且是迄今为止人们观测到的第一个标量粒子.希格斯粒子的发现应当归功于工作在欧洲大型强子对撞机（LHC）的科学家与工程师们[6-7].可是，要让希格斯粒子实现早期宇宙的暴涨并不是件容易的事情，因为它无法给出正确的密度扰动幅度，具体的分析见文献[8].
然而，通过一些间接的方法还是可以得到相对平坦的势能.比如：文献[9]中，通过引入希格斯粒子与引力场的非最小耦合相互作用，即Lint～ h2R，在共形变换之后，的确能够得到一个足够平坦的势能.虽然该模型能够实现暴涨，给出正确的功率谱，但却不能预言一个比较大的张标比.文献[10]中讨论了这一问题，并指出该模型的预言是无法和BICEP2的结果相吻合的.在文献[8]中也介绍了另外一些希格斯暴涨模型.在这些模型中，有一个非常有意思的模型，称为希格斯混沌暴涨模型，见文献[11].在这个模型中，通过所谓的跑动动能暴涨[12-13]，希格斯粒子实现了混沌暴涨模型中的平方势能.在暴涨时期，希格斯粒子的动能项会被修改，但是暴涨结束后，h依然回到正则的形式.该模型能够预言一个和混沌暴涨模型中取平方势能时相同的张标比.
2 总结
最近，由BICEP2实验组观测到的宇宙微波背景辐射光子极化的B模式极大地推进了早期宇宙和基础物理的研究.所测量到的张标比r≈0.2在区分和排除暴涨模型的时候，显示了强有力的力量.希格斯粒子是最有希望成为暴涨场的基本粒子，但是它的质量mh～O（102）GeV要远远小于暴涨子的质量m～O（1013）GeV.为了解决这一等级问题，需要引入希格斯粒子与引力的非最小耦合或者非正则动能项.通常，希格斯粒子预言了一个比较小的张标比，不能很好地
解释BICEP2的结果.现有的慢滚暴涨模型虽然可以预言一个大的张标比，但是往往预言一个比较小的谱指数跑动，这与实验观测有所冲突.另外，宇宙学常数的精细调节问题一直困扰着人们.本文作者建议在暴涨时期考虑可变的宇宙学“常数”，从而同时解决了以上者两个问题.
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Abstract：By assuming the cosmological “constant” is no longer a constant during the inflation epoch，it is found that the cosmological constant fine-tuning problem is solved.In the meanwhile，inflation models could predict a large tensor-to-scalar ratio，correct power spectral index and a larger running of it.Furthermore，the e-folding number is large enough to overcome the horizon，flatness problems in the Big Bang cosmology.
Key words： inflation； cosmological constant； tensor-to-scalar ratio； power spectra
（责任编辑：顾浩然）。