¿Cómo se crean las partículas de inflaton que impulsan la inflación temprana?

Los inflatonos son la excitación cuántica del campo inflatón; esto está en perfecta analogía con los fotones que son la excitación cuántica del campo electromagnético. El campo inflaton impulsa la inflación a través de su valor promedio durante los primeros momentos del Universo. Este valor promedio del inflatón es un poco como si el campo electromagnético tuviera un campo eléctrico promedio no nulo [*].

Durante la inflación, la expansión del Universo hace que la temperatura del Universo no sea cero, es casi como si el estiramiento del Universo tuviera una fricción. Esta temperatura puede causar la producción de partículas de inflatón durante la expansión del Universo y esta temperatura también provoca cambios en el valor promedio del campo de inflatón en diferentes lugares del Universo. Estas pequeñas variaciones en el campo de inflaton causan que ciertos lugares del Universo sean más cálidos o más fríos y esto es lo que finalmente se ve en la radiación cósmica de fondo de microondas.

A medida que termina la inflación, que es cuando el inflatón alcanza su configuración de energía mínima, el movimiento coherente del campo de inflaton hace que se produzcan muchos inflatons (y a veces otras partículas). Los inflatons luego se descomponen, muy probablemente en las partículas del Modelo Estándar que sabemos que causan que el Universo se caliente. Este proceso se conoce como “recalentamiento” y comienza la fase del Universo conocida como Big Bang Cosmology, después de la cual el Universo comienza a enfriarse mediante la expansión de una manera simple y bien definida.

[*] La gran diferencia es que el campo eléctrico apunta en una dirección y el campo inflatón no tiene la capacidad de apuntar (término técnico: el inflatón es un campo escalar ).

No lo sabemos La inflación ocurre muy por encima de las energías del modelo estándar, por lo que sabemos que tenemos que agregar algo para que funcione.

Estamos bastante seguros de que el universo se expandió salvajemente. Podemos obtener esto si colocamos un campo de energía más bien escalar que arroja energía en la expansión del universo. Si el campo de inflado es como cualquier otro campo, entonces el campo corresponde a una partícula, y esa partícula no se parece a ninguna partícula conocida.

El problema es que estamos hablando de energías tan altas, que es posible que suceda algo extraño, y podría tener un campo que no corresponde a una partícula. Eso sería muy extraño, pero estamos hablando de energías tan altas que podría suceder algo extraño.

Los datos que teníamos antes de BICEPS eran cosmológicos. Usted ve cómo el campo inflacionario afecta la expansión del universo. Eso le da muchas cosas, como la forma del potencial que impulsó la expansión, pero como no pudimos observar la inflación directamente, no había tanta información que pudiera brindarle otra información sobre el campo de la inflación.

Ahora tenemos datos.

La inflación no requiere la existencia de partículas de inflaton. No son las partículas de inflaton que causan la inflación, es el campo de inflaton que causa la inflación. Una onda u onda en ese campo de inflaton sería una partícula de inflaton, por lo que puede haber algunas partículas de inflaton en el momento del comienzo de la inflación, pero al final de la inflación no quedaría ninguna en nuestro universo observable, solo como si no hubiera habido monopolos magnéticos. La inflación se propuso por primera vez como una forma de explicar por qué no vemos monopolos magnéticos en nuestro universo.

Del mismo modo, es el valor de vacío del campo de Higgs lo que le da a las partículas elementales su masa, no los bosones de Higgs. Los inflatonos son exactamente análogos a los bosones de Higgs.

“A pesar de la elegancia de esta imagen para el universo primitivo, hay poca evidencia objetiva sobre la cual decidir si el escenario de inflación es realmente válido”. [PJE Peebles, Principios de Cosmología Física, p.366]

“No se conoce ninguna fuerza, campo o partícula que pueda explicar, explicar o impulsar la inflación”. [Scott Dodelson, Modern Cosmology , p.145]

Y no hay otro proceso conocido que pueda ser responsable. La inflación es un truco ad hoc ideado para sacar la hipótesis del universo en expansión de una zanja, después de que se deslice sobre una sección demasiado lisa de CMB y golpee un monopolo. No tiene validez científica. Sin embargo, la mayoría de la comunidad científica, al menos tácitamente, si no con entusiasmo, acepta la inflación a pesar de la falta de evidencia empírica alguna .

[Extraído de un libro inédito que estoy escribiendo sobre estas cosas: El Ministerio de Pensamientos tontos, ca. pag. 193 (cursiva final añadida)]