Смещение скалярного поля от минимума потенциала порождает частицы/темную материю, почему?

Статья Кобаяши и др. «Ограничения Лаймана-альфа на сверхлегкую скалярную темную материю» . говорит в начале раздела 3.1:

Скалярное поле света остается замороженным на своем начальном значении поля в ранней Вселенной. Следовательно, любое начальное смещение от потенциального минимума приводит к скалярной плотности темной материи в более поздней Вселенной.

Я не понимаю этого утверждения. Может ли кто-нибудь объяснить его значение? Почему такая конфигурация позже привела к возникновению материи во Вселенной? Связано ли это с тем, что позже во Вселенной скалярное поле будет колебаться, а колебания можно рассматривать как частицы?

Извините, если вопрос не ясен, я довольно давно изучал физику и изучаю эти вещи в свободное время, поэтому в моем понимании фундаментальной физики и космологии много пробелов. Не стесняйтесь быть настолько техническими, насколько хотите, но, пожалуйста, помните, что я не эксперт или что-то в этом роде.

Это тот же вопрос, который я разместил здесь, о физике SE , но он не получил ответа, который я действительно мог понять. Мое главное сомнение заключается в том, как это рассогласование поля в ранние времена становится существенной плотностью материи в более поздние времена, как это работает?

@B--риан, спасибо

Ответы (1)

Если скалярное поле останавливается, оно имеет ненулевое значение (как поле Хиггса). Если это поле не является вакуумным полем (например, поле Хиггса, которое является состоянием ложного вакуумного поля), то оно соответствует реальным частицам (в отличие от скалярного поля Хиггса).

Инфляция уловила ненулевую флуктуацию скалярного поля точно так же, как могла бы уловить ненулевую флуктуацию нормального (кваркового и лептонного) поля. Инфляция может быть даже вызвана флуктуирующими вакуумными полями (точно так же, как темная энергия может рассматриваться как энергия поля виртуальной материи, относительно которой еще неизвестно, какая энергия ассоциирована).

Так что же происходит? Вакуумные флуктуации скалярного поля застывают в состоянии реальной полевой конфигурации скалярных частиц. Скалярные частицы используются потому, что они слабо взаимодействуют с веществом, как спинорные нейтрино. Вот почему спинорная частица не рассматривается, потому что она уже учтена в стандартной модели. Конфигурация вакуумного скалярного поля может быть возбуждена отрицательной кривизной пространства-времени тогда, в начале, точно так же, как поле может быть возбуждено вокруг черной дыры, порождающей излучение Хокинга (в этом случае источником является положительная кривизна, т.е. огромные приливные силы).

Теперь немного яснее, спасибо. Вы говорите: «Если это поле не является вакуумным полем». Что такое вакуумное поле. Извините, если мои вопросы тривиальны
@AstroFedale Сам факт, что вы спрашиваете об этом, уже нетривиален! :) Вакуумное поле — это поле без возбуждений, соответствующих реальным частицам. Для бозона Хиггса это тоже скалярное поле (как то, о котором вы говорите), но с частицами, уже присутствующими в самой низкой энергетической моде (вакуумной моде). Вот почему вакуум называют ложным. Он отличается от истинного вакуумного поля, для которого в самом низком возможном энергетическом состоянии есть только настоящие виртуальные частицы (истинный вакуум). Ложный вакуум действительно является ложным и, как говорят, создает массу (механизм Хиггса). Истинный скалярный вакуум содержит нулевые возбуждения
@AstroFedale Только колебания. Они могут стать реальными по тому же механизму, что и излучение Хокинга.
@AstroFedale Итак, есть разница между ложным вакуумом и настоящим вакуумом. Ложный вакуум (как и у бозона Хиггса) содержит флуктуации, ничем не отличающиеся от истинного вакуума. Но флуктуации вакуума в ложном вакууме могут войти в более низкий истинный вакуум. Поле Хиггса имеет максимальную энергию, когда поле равно нулю (макушка мексиканской шляпы). Так что в этом случае можно сказать, что истинный вакуум распадается на ложный вакуум. Действительно немного запутанно!
@AstroFedale Является ли скалярное поле в вашем вопросе полем, подобным Хиггсу? Или это поле похоже на кварковые поля? Предполагается, что предполагаемое поле Хиггса заморожено в одном из своих вакуумных состояний (после нарушения симметрии и при достаточно высокой температуре симметрия восстанавливается, и поле становится полем с максимальным потенциалом вершины шляпы для нулевого поля...) . Возбуждения вокруг минимальных значений энергии (ложный вакуум) дают вам настоящие частицы.
привет, еще раз спасибо за расширение, В этой статье они рассматривают аксионоподобное скалярное поле
@AstroFedale Они говорят об этом. Аксион считается кандидатом на темную материю. Хотя я не уверен, что верю в реальное существование. Они не остаются в том же положении, что и обычные частицы.