Inflación vectorial en el marco de las teorías de gauge no abelianas

Abstract

Se encuentra en la literatura científica que gran parte de los modelos inflacionarios carecen de soportes observacionales o conceptuales. Es así como recientes observaciones sobre una posible dirección privilegiada en el universo implican que no es conveniente tomar campos escalares como generadores de inflación. Por otra parte, los recientes modelos inflacionarios que emplean campos vectoriales requieren modificar la gravedad o las condiciones muy finas para su apropiado comportamiento; además, carecen de naturalidad y no presentan una de las características más importantes de las teorías de la física moderna: la existencia de simetrías internas. En este artículo se presenta un modelo inflacionario vectorial enmarcado en una teoría de gauge SU(2) compuesto por tres campos vectoriales sobre los cuales se hace una suposición bien fundamentada con respecto a su dirección, su norma, y su dependencia temporal. Lo anterior permite obtener una era de inflación isótropa en un fondo rotacionalmente invariante si se tiene en cuenta la relación homomórfica entre los grupos SU(2) y O(3). Se estudia, en este escenario, la dinámica de los campos vectoriales y las condiciones para tener expansión acelerada; además, se analiza la evolución del sistema en el régimen de rodadura lenta y se obtienen soluciones numéricas de las ecuaciones de movimiento. Debido a la naturalidad del modelo, los resultados numéricos observados y la generalidad de la suposición propuesta, se concluye que este tipo de inflación representa de manera adecuada el comportamiento del universo primordial a la luz de las más recientes observaciones.

According to the literature, there is a significant number of inflationary models that lack observational and conceptual support. Such is the case with recent observations regarding a possible preferred direction in the universe, which imply that scalar fields are not suitable as generators of inflation. On the other hand, recent inflationary models that employ vector fields require a modification of gravity and/or fine-tuning in order to have the appropriate behaviour; besides, they lack naturalness and do not exhibit one of the most important properties of theories in modern physics: the existence of internal symmetries. In this paper, we present a vector inflationary model embodied in a SU(2) gauge theory composed of three vector fields over which we make a well supported assumption about their direction, their norm, and their time dependence. Such an assumption allows us to obtain isotropic inflation in a rotationally invariant background if we take into account the homomorphic relation between SU(2) and O(3) groups. In this scenario, we study the dynamics of the vector fields and the conditions to obtain accelerated expansion; we also analyze the evolution of the system in the slow-roll regime and obtain numerical solutions for the equations of motion. Due to the naturalness of the model, the observed numerical results and the generality of the proposed assumption, we conclude that this type of inflation represents well the behaviour of the primordial universe in view of the most recent observations.