有效场论暴涨理论中的原初扰动功率谱的计算

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暴涨理论的诞生,是为了解决大爆炸宇宙模型中存在的几个概念性的问题、如视界问题、平坦性问题和磁单极子问题。暴涨模型的理论预测和现在的宇宙学观测非常的吻合,例如暴涨理论对宇宙微波背景辐射温度的预测,使其不再纸上谈兵,而是有迹可循。目前,与观测数据符合的最好的是一类具有自相互作用势的单标量场暴涨模型。而有效场论下的暴涨模型提供了描述具有自相互作用势单标量场的一般框架。由于暴涨发生在宇宙早期能标比较高的时候,因此它对高能标下的新物理规律非常的敏感。而有效场论暴涨模型则提供了研究各种新物理效应的一般途径。通常,有效场论暴涨模型作用量中代表新物理效应所引入的新算符项会修改原初扰动的有效声速和色散关系。随着宇宙学的观测越来越精确,这些新物理可能产生一些可观测的效应,所以对有效场论模型中原初扰动功率谱的理论计算的精确度提出了很高的要求。用于计算功率谱的方法很多,比如Bessel函数近似方法、Green’s函数法、WKB近似方法等,但是它们往往难以应用于计算含有随时间变化声速和非线性色散关系两种情况的功率谱。本文则采用最近提出的“均匀渐近近似方法”对有效场论暴涨模型下的各种可观测量进行了详细的计算,得到了目前最精确的解析结果。在第一章中,作为本文的研究背景,开头简要的对暴涨理论,有效场论暴涨模型,以及目前文献中计算暴涨扰动原初功率谱的几种计算方法做了简要的介绍。在第二章中,本文对有效场论暴涨模型下的作用量的构造、宇宙学标量和张量扰动的运动方程等进行了详细的介绍。为了后续计算方便,还引入了四个新的描述背景演化的慢滚参数。在第三章介绍了均匀渐近近似方法的一般公式,并介绍了这一方法的具体应用。随后在第四章中,利用均匀渐近近似方法详细计算了有效场论暴涨模型下的原初标量和张量扰动功率谱、谱指数、谱指数随动量的跑动、以及张标比。所有的计算结果都计算到了慢滚近似的二阶,是目前最精确的计算。同时,还将得到的计算结果和文献中的其他计算进行比较。最后在第五章中,本文进行了总结与展望。
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