論文の概要: The fate of the false vacuum: Finite temperature, entropy and topological phase in quantum simulations of the early universe

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.08665v1
• Date: Fri, 16 Oct 2020 23:30:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-28 21:53:19.293772
• Title: The fate of the false vacuum: Finite temperature, entropy and topological phase in quantum simulations of the early universe
• Title（参考訳）: 偽真空の運命:初期の宇宙の量子シミュレーションにおける有限温度、エントロピー、位相相
• Authors: King Lun Ng, Bogdan Opanchuk, Manushan Thenabadu, Margaret Reid and Peter D. Drummond
• Abstract要約: ボース=アインシュタイン凝縮体(BEC)の形で表トップ量子シミュレータが提案され、量子場方程式の動的解を与える。 実測条件と温度条件下でのBEC量子シミュレータの数値的実現可能性について,TW位相空間法を用いて検討した。 これらのシミュレーションでは, 擬似真空トンネルの観測や, 異なる位相特性を持つ多重気泡「ユニバース」の形成について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Despite being at the heart of the theory of the "Big Bang" and cosmic inflation, the quantum field theory prediction of false vacuum tunneling has not been tested. To address the exponential complexity of the problem, a table-top quantum simulator in the form of an engineered Bose-Einstein condensate (BEC) has been proposed to give dynamical solutions of the quantum field equations. In this paper, we give a numerical feasibility study of the BEC quantum simulator under realistic conditions and temperatures, with an approximate truncated Wigner (tW) phase-space method. We report the observation of false vacuum tunneling in these simulations, and the formation of multiple bubble 'universes' with distinct topological properties. The tunneling gives a transition of the relative phase of coupled Bose fields from a metastable to a stable 'vacuum'. We include finite temperature effects that would be found in a laboratory experiment and also analyze the cut-off dependence of modulational instabilities in Floquet space. Our numerical phase-space model does not use thin-wall approximations, which are inapplicable to cosmologically interesting models. It is expected to give the correct quantum treatment including superpositions and entanglement during dynamics. By analyzing a nonlocal observable called the topological phase entropy (TPE), our simulations provide information about phase structure in the true vacuum. We observe a cooperative effect in which the true vacua bubbles representing distinct universes each have one or the other of two distinct topologies. The TPE initially increases with time, reaching a peak as the multiple universes are formed, and then decreases with time to the phase-ordered vacuum state. This gives a model for the formation of universes with one of two distinct phases, which is a possible solution to the problem of particle-antiparticle asymmetry.
• Abstract（参考訳）: ビッグバン」理論と宇宙インフレ理論の中心にあるにもかかわらず、量子場理論は偽真空トンネルの予測は検証されていない。 この問題の指数関数的複雑性に対処するため、ボース=アインシュタイン凝縮体(BEC)の形でテーブルトップ量子シミュレータが提案され、量子場方程式の動的解が与えられる。 本稿では,BEC量子シミュレータの現実的条件と温度下での数値的実現可能性について,TW位相空間法を用いて検討する。 これらのシミュレーションでは, 擬似真空トンネルの観測や, 異なる位相特性を持つ多重気泡「ユニバース」の形成について報告する。 トンネルは結合したボース場の相対位相を準安定状態から安定な「真空」に遷移させる。 実験室実験で見いだされる有限温度効果を含むとともに、フロッケ空間における変調不安定性のカットオフ依存性を解析した。 数値位相空間モデルは、宇宙論的に興味深いモデルには適用できない薄壁近似を用いない。 力学における重畳や絡み合いを含む正しい量子処理が期待されている。 トポロジカル位相エントロピー (TPE) と呼ばれる非局所観測装置を解析することにより, 本シミュレーションは真真空中の位相構造に関する情報を提供する。 異なる宇宙を表わす真の空孔気泡が2つの異なる位相のどちらか一方またはどちらかを持つような協調効果を観察する。 TPEは最初は時間とともに増加し、複数の宇宙が形成されるとピークに達し、その後位相秩序の真空状態に時間とともに減少する。 これにより、2つの異なる位相の1つを持つ宇宙の形成のモデルが得られ、これは粒子-反粒子非対称性の問題の解となる。

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