暴漲宇宙與宇宙學(xué)常數(shù)問題

摘 要： 假設(shè)在宇宙暴漲時期，宇宙學(xué)“常數(shù)”不再是一個常數(shù)而是一個變化的量，并且由于它與暴漲場之間具有的相互作用，解決了宇宙學(xué)常數(shù)的精細調(diào)節(jié)問題.同時，這種相互作用也使得暴漲宇宙模型不僅能夠預(yù)言大的張標(biāo)比、正確的擾動譜，而且能預(yù)言大的譜指數(shù)跑動.此外，暴漲所需要的e-folding數(shù)也大到足夠解決大爆炸宇宙學(xué)中的視界、平坦性等問題.

關(guān)鍵詞： 暴漲宇宙； 宇宙學(xué)常數(shù)； 張標(biāo)比； 譜指數(shù)

中圖分類號： O 412.1 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-5137（2014）04-0378-06

在最簡單的暴漲宇宙模型中，一個被稱為暴漲子的標(biāo)量場驅(qū)動著宇宙加速膨脹.為了能夠使宇宙在早期有足夠長的暴漲時間，這個標(biāo)量場需要有一個非常平坦的勢能V（）.當(dāng)暴漲開始的時候，它將從勢能高的地方緩慢地滾向勢能低的地方.這個過程就稱為慢滾暴漲.現(xiàn)在雖然有很多暴漲模型，但是人們對暴漲子的本質(zhì)還知之甚少.在暴漲場候選者當(dāng)中，希格斯粒子是最佳人選，因為它不僅在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中起到重要作用，而且是迄今為止人們觀測到的第一個標(biāo)量粒子.希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)歸功于工作在歐洲大型強子對撞機（LHC）的科學(xué)家與工程師們[6-7].可是，要讓希格斯粒子實現(xiàn)早期宇宙的暴漲并不是件容易的事情，因為它無法給出正確的密度擾動幅度，具體的分析見文獻[8].

然而，通過一些間接的方法還是可以得到相對平坦的勢能.比如：文獻[9]中，通過引入希格斯粒子與引力場的非最小耦合相互作用，即Lint～ h2R，在共形變換之后，的確能夠得到一個足夠平坦的勢能.雖然該模型能夠?qū)崿F(xiàn)暴漲，給出正確的功率譜，但卻不能預(yù)言一個比較大的張標(biāo)比.文獻[10]中討論了這一問題，并指出該模型的預(yù)言是無法和BICEP2的結(jié)果相吻合的.在文獻[8]中也介紹了另外一些希格斯暴漲模型.在這些模型中，有一個非常有意思的模型，稱為希格斯混沌暴漲模型，見文獻[11].在這個模型中，通過所謂的跑動動能暴漲[12-13]，希格斯粒子實現(xiàn)了混沌暴漲模型中的平方勢能.在暴漲時期，希格斯粒子的動能項會被修改，但是暴漲結(jié)束后，h依然回到正則的形式.該模型能夠預(yù)言一個和混沌暴漲模型中取平方勢能時相同的張標(biāo)比.

2 總 結(jié)

最近，由BICEP2實驗組觀測到的宇宙微波背景輻射光子極化的B模式極大地推進了早期宇宙和基礎(chǔ)物理的研究.所測量到的張標(biāo)比r≈0.2在區(qū)分和排除暴漲模型的時候，顯示了強有力的力量.希格斯粒子是最有希望成為暴漲場的基本粒子，但是它的質(zhì)量mh～O（102）GeV要遠遠小于暴漲子的質(zhì)量m～O（1013）GeV.為了解決這一等級問題，需要引入希格斯粒子與引力的非最小耦合或者非正則動能項.通常，希格斯粒子預(yù)言了一個比較小的張標(biāo)比，不能很好地解釋BICEP2的結(jié)果.現(xiàn)有的慢滾暴漲模型雖然可以預(yù)言一個大的張標(biāo)比，但是往往預(yù)言一個比較小的譜指數(shù)跑動，這與實驗觀測有所沖突.另外，宇宙學(xué)常數(shù)的精細調(diào)節(jié)問題一直困擾著人們.本文作者建議在暴漲時期考慮可變的宇宙學(xué)“常數(shù)”，從而同時解決了以上者兩個問題.

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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

（責(zé)任編輯：顧浩然）