Durante el recalentamiento inmediatamente después de la inflación, ¿de dónde vino la energía para poblar los campos modelo estándar?

Los campos del modelo estándar probablemente se poblaron mediante resonancia paramétrica impulsada por el inflatón, pero este sigue siendo un campo de investigación activo.

Cualquiera que sea el inflaton, su potencial debe estar limitado desde abajo, por lo que tiene un mínimo. Después de un inflado lento, el valor del campo de inflaton finalmente termina oscilando alrededor del mínimo, y la amortiguación del Hubble ya no es dominante, por lo que tanto las energías cinéticas como potenciales son importantes. Estas son básicamente las únicas fuentes de energía en el universo (además de los pequeños términos de derivación espacial). Aquí debe ser donde los campos modelo estándar obtienen su energía.

Ahora, para que el inflaton pueble los campos del modelo estándar, no puede ser un campo libre, debe estar acoplado a al menos otro campo. Los “campos secundarios” pueden ser directamente los campos del modelo estándar o algo que puede descomponerse en campos del modelo estándar.

En general, se acuerda que el tiempo de descomposición de inflaton en los campos hijos sería demasiado largo para recalentar el universo. Un acoplamiento más grande podría acortar el tiempo de descomposición, pero también puede arruinar la inflación.

La resonancia paramétrica es un canal que se cree que es lo suficientemente rápido como para poblar campos secundarios y no arruinará la inflación. Si uno escribe las ecuaciones de movimiento clásicas para un campo hijo bosónico acoplado al inflatón, el inflatón aparece en las ecuaciones de movimiento debido al acoplamiento. La conducción sinusoidal del campo inflatón actúa como un término fuente para los campos hijos. La ecuación diferencial se parece a la ecuación de Mathieu, que es la ecuación prototípica que demuestra la resonancia paramétrica. Al realizar el análisis de estabilidad, encontrará que hay genéricamente modos k de los campos secundarios que son inestables a la condición de resonancia y crecen exponencialmente. Eventualmente, las no linealidades se vuelven importantes y el crecimiento exponencial llega a su fin, pero las simulaciones numéricas sugieren que el “precalentamiento” (recalentamiento mediante resonancia paramétrica) funciona.

Solo un poco más de información sobre cómo los físicos y cosmólogos piensan seguir la respuesta del Dr. Stein

Es muy parecido a armar un rompecabezas. Tienes algunas piezas, te faltan algunas piezas. Con base en las piezas que tienes, adivinas cómo son las piezas que no tienes.

Entonces tenemos algunas piezas. Sabemos cómo se comportan los electrones, los quarks y los fotones. La forma en que funciona es que escriba un conjunto de ecuaciones llamadas ecuaciones de campo. Luego pasas por muchas matemáticas y puedes descubrir cosas como lo que sucede cuando un fotón golpea un electrón.

OK, esas son las piezas conocidas. Podemos adivinar que lo que causa la inflación es algún tipo de campo de partículas que pertenece a una partícula llamada inflaton. De hecho, podemos hacer algunas suposiciones sobre cómo son las ecuaciones para ese campo. Por ejemplo, dado que la expansión del universo es uniforme, podemos suponer que el campo no tiene una dirección preferida. Eso lo convierte en un campo escalar. En ese momento, hace preguntas como supongamos que el campo se comportó como tal y tal, lo que sucede. Podemos adivinar que el campo tiene algún tipo de forma de U simétrica. Y luego sigues haciendo conjeturas e intentando que las piezas encajen.

En realidad, estamos progresando mucho y estamos obteniendo más datos que nos dan aún más piezas del rompecabezas

1) estamos obteniendo toneladas de datos de satélites sobre la estructura del universo primitivo
2) estamos comenzando a obtener buenos datos de LHC. Encontramos el Higgs. Ahora, al hacer más experimentos, podemos ver qué otros campos existen y cuáles no existen y sus propiedades. Si no vemos nada, eso significa que ciertos campos no existen, lo que proporciona algunas piezas más del rompecabezas.

Una cosa que no creo que la mayoría de la gente se dé cuenta es cuánto progreso estamos haciendo en este tipo de temas. Estas cosas son desconocidas, pero no son desconocidas y estamos obteniendo una gran cantidad de buenos datos que nos ayudan a armar el rompecabezas.

El otro punto que quiero hacer es que la cosmología no es filosofía. Estamos haciendo experimentos y tomando datos. Lo que encontremos o no con LHC o la misión espacial Planck hará una gran diferencia.

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