标量场的宇宙学凝聚——制造暗能量

我们的宇宙受量子力学及其延伸——量子场论（QFT）——的支配。然而，对诸如暴胀、暗能量、对称性破缺和相变等许多宇宙学现象的解释需要经典标量场的存在。尽管实验室中标量场凝聚的过程已得到相当好的理解，但将结果推广到宇宙学背景并非易事。本文研究了宇宙再加热后凝聚体（经典标量场）的形成。我们假设一个由重粒子衰变产生的轻量子标量场，为简单起见，假定该重粒子也是标量。我们证明，在辐射主导时期，在特定条件下，仅重粒子的衰变就足以产生凝聚体。这一过程与预加热（暴胀结束时的指数级粒子产生）非常相似。在物质主导时期，当宇宙膨胀更快时，除非存在自相互作用，否则仅靠衰变无法维持场的增长趋势，凝聚体的振幅会迅速减小。这个问题对于暗能量尤为重要。我们证明，自相互作用的量子修正在此过程中起着关键作用。值得注意的是，它们诱导出一个包含反幂律项的有效作用量，因此即使经典自相互作用是3阶或4阶的简单幂律，也能导致跟踪行为。这消除了在拉格朗日量中包含不可重整化项的必要性。如果暗能量是量子标量场的凝聚体，这些结果表明，其存在与量子物理学在最大可观测尺度上的作用密切相关。