El desplazamiento del campo escalar desde el mínimo del potencial da lugar a partículas/materia oscura, ¿por qué?

El artículo Lyman-alpha Constraints on Ultralight Scalar Dark Matter de Kobayashi et al. dice, al comienzo de la Sección 3.1:

Un campo escalar ligero permanece congelado en su valor de campo inicial en el Universo primitivo. Por lo tanto, cualquier desplazamiento inicial del mínimo potencial da lugar a una densidad escalar de materia oscura en el universo posterior.

No entiendo esta afirmación. ¿Alguien puede explicar su significado? ¿Por qué tal configuración daría origen a la materia más tarde en el universo? ¿Se debe al hecho de que más tarde en el universo el campo escalar oscilaría y las oscilaciones pueden verse como partículas?

Lo siento si la pregunta no es clara, estudié física hace mucho tiempo y estudio estas cosas en mi tiempo libre, por lo que hay muchas lagunas en mi comprensión de la física fundamental y la cosmología. Siéntase libre de ser tan técnico como desee, pero recuerde que no soy un experto ni nada.

Esta pregunta es la misma que publiqué aquí, oh física SE , pero no recibió una respuesta que realmente pudiera entender. Mi principal duda es cómo este desalineamiento de campo en tiempos tempranos se convierte en una densidad de materia no despreciable en tiempos tardíos, ¿cómo funciona esto?

@B--rian gracias

Respuestas (1)

Si el campo escalar se congela, tiene un valor distinto de cero (como el campo de Higgs). Si este campo no es un campo de vacío (como el campo de Higgs, que es un estado de campo de vacío falso), entonces corresponde a partículas reales (al contrario del campo escalar de Higgs).

La inflación seleccionó una fluctuación distinta de cero del campo escalar del mismo modo que podría haber elegido una fluctuación distinta de cero de los campos normales (quarks y leptones). La inflación puede incluso ser causada por los campos de vacío fluctuantes (al igual que la energía oscura puede pensarse como la energía del campo de materia virtual del cual aún no está seguro cuál es la energía asociada).

¿Así que lo que ocurre? Las fluctuaciones de vacío del campo escalar se congelan en un estado de configuración de campo real de partículas escalares. Las partículas escalares se usan porque interactúan con la materia solo débilmente como los neutrinos espinores. Es por eso que no se considera una partícula de espinor porque ya están cubiertas en el modelo estándar. La configuración del campo escalar de vacío puede ser excitada por la curvatura negativa del espacio-tiempo en ese entonces al principio, tal como un campo puede ser excitado alrededor de un agujero negro dando lugar a la radiación de Hawking (en cuyo caso es la curvatura positiva la fuente, es decir, la inmensas fuerzas de marea).

Es un poco más claro ahora, gracias. Dices "Si este campo no es un campo de vacío". ¿Qué es exactamente un campo de vacío? perdon si mis preguntas son triviales
@AstroFedale ¡El hecho mismo de que preguntes esto ya no es trivial! :) El campo de vacío es el campo sin excitaciones correspondientes a partículas reales. Para el Higgs, este también es un campo escalar (como el que mencionas) pero con partículas ya presentes en el modo de energía más bajo (el modo de vacío). Es por eso que el vacío se llama falso. Es diferente de un verdadero campo de vacío para el cual el estado de energía más bajo posible tiene solo partículas virtuales verdaderas (vacío verdadero). El falso vacío es falso y se dice que causa masa (mecanismo de Higgs). Un verdadero vacío escalar contiene cero excitaciones
@AstroFedale Solo fluctuaciones. Estos pueden volverse reales por el mismo mecanismo que la radiación de Hawking.
@AstroFedale Entonces, hay una diferencia entre un falso vacío y un verdadero vacío. El falso vacío (como el de Higgs) contiene fluctuaciones que no son diferentes de un verdadero vacío. Pero las fluctuaciones del vacío en un vacío falso podrían entrar en un vacío verdadero más bajo. El campo de Higgs tiene una energía máxima cuando el campo es cero (la parte superior del sombrero mexicano). Entonces, en este caso, puedes decir que un verdadero vacío se descompone en un falso vacío. Un poco confuso de hecho!
@AstroFedale ¿El campo escalar en su pregunta es un campo similar a Higgs? ¿O es un campo como los campos de quarks? Se supone que el supuesto campo de Higgs se congela en uno de sus estados de vacío (después de romperse la simetría y cuando la temperatura sube lo suficiente, se restaura la simetría y el campo se convertirá en uno con el máximo potencial para un campo cero...) . Las excitaciones alrededor de los valores mínimos de las energías (el falso vacío) te dan partículas reales.
hola, gracias nuevamente por la extensión, en ese artículo consideran un campo escalar similar a un axión
@AstroFedale Hablan de eso. El axión se considera candidato a materia oscura. Aunque no estoy seguro de si creo en la existencia real. No se mantienen en pie de igualdad con las partículas normales.
El desplazamiento del campo escalar desde el mínimo del potencial da lugar a partículas/materia oscura, ¿por qué?
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