暴胀子 $Z_2$ 对称性破缺后 Higgs 预热产生的引力波

本文使用非微扰格点模拟研究暴胀期间暴胀子 $Z_2$ 对称性破缺后的 Higgs 预热及其相关的引力波 (GW) 背景。该对称性破缺在预热期间同时产生了三线和四线暴胀子-Higgs 相互作用。四线暴胀子-Higgs 耦合由 $q_{\phi h}\equiv \lambda_{\phi h}/\lambda_\phi$ 表征，而三线相互作用则通过 $q_{\phi h}$ 和 $q_\epsilon\equiv m_\phi/(\sqrt{\lambda_\phi}\phi_0)$ 共同引入。Higgs 自耦合参数 $q_h\equiv \lambda_h/\lambda_\phi$ 决定了由 Higgs 自相互作用诱导的有效质量所引发的反作用的起始。我们的模拟表明，高效的预热需要足够宽的共振带和延迟的反作用。对于 $\lambda_\phi=10^{-13}$，可行的参数区域约为 $10<q_{\phi h}<10^4$、$q_h<10^3$ 以及 $q_\epsilon<10^{-5}$。较小的 $q_\epsilon$ 使系统保持在以四线相互作用为主的区域，并抑制共振带的快速漂移，而较小的 $q_h$ 则通过削弱自相互作用诱导的反作用来延迟预热的结束。被放大的 Higgs 非均匀性通过各向异性应力张量的无迹反部分产生引力波。格点结果表明，引力波谱在参数共振期间快速增长，通过再散射展宽，并在非线性阶段达到饱和。在晚期，能谱形成一个具有宽峰的谱形，产生时的振幅为 $\Omega_{\rm gw}\sim10^{-6}$。红移至现今后，峰值频率为 $f\sim10^9\,{\rm Hz}$，现今振幅为 $\Omega_{\rm gw,0} h^2 \sim 10^{-10}$。这些结果表明，Higgs 预热产生的高频引力波可能被未来的谐振腔探测器探测到。