SUPERVISOR
Behrouz Mirza,Moslem Zareei
بهروز میرزا (استاد مشاور) مسلم زارعی (استاد راهنما)
STUDENT
Masoumeh Tavakoli
معصومه توکلی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Numerical Investigation of Non-adiabatic Perturbations of the Vector Fields at the End of Inflation Period
In this thesis, wefirstly reviewthe dynamics of universe.Using the homogeneity, isotropy and Weyl principle, we can obtain theFriedmann - Robertson - Walker (FRW) metric. By using this metric and Einstein equation in General Relativity, one can derive two Friedmaequations. The evolution of energy density is given by these equations. Although, the standardmodel of cosmology can describe the observations of the cosmic microwave background. This model suffers from some problems such as horizon and a flatness. One way for solving these problems is the inflation model. In this model, the scale factor is exponentially grown in such a way that the Hubble radius decreases. In addition of solving these problems, the inflation model is able to explain the source ofinitial inhomogenity. After the inflationary accelerated period, and before reheating, the universe passes through a parametric resonance particle production phase known as preheating period. There are some phenomenological models which investigate the particle production during preheating. The analytic study of the preheating priod has been done by some authors. However a full Analytical study is very difficult. For numeric study, Gary Felder has developed a code with the name ``Latticeeasy” which numerically solves the nonlinear equations in this period. This code is useful for the models with scalar fields. One can easily change the ``model” file of this code to extend the code to the new models. In this thesis, we consider a model with complex scalar inflaton field coupled to the vector fields. Because of this coupling the vector fields become massive and then the conformal symmetry is brocken. In addition, in this model, the kinetic couplingis dependent on time or inflaton field. For different scalar potentials, theevolution of inflaton field and fluctuations of gauge fields are studied by numerical computing during the period of preheating. Because of some problems such as the existence of conductivity coefficients, the Latticeeasy code can not be extended to the vector field cases. For this reason, we write a code using Rung - Kutta method. Our strategy is to split fields in to a homogeneous background that depends only on cosmic time and a spatially dependent perturbation. We numerically study the evolution of fields by considering of metric perturbation. The significant quantity for our research is evolution of curvature perturbation, because by using this quantity power spectrum is given. The results show that the effects of gauge fields on curvature perturbation are completely negligible. This quantity becomes non - adiabatic for multi field cases. In our research, we show that the time evolution of curvature perturbation for gauge fields is equal to zero. Therefor the curvature is constant on the large scales. In order to study the time evolution of curvature perturbation, we have to define and calculation the non – adiabatic pressure which also was derived in this work. Keywords: Cosmology, Singularity, Entropic Force, Running Gravitational Coupling.
در این پایان نامه ابتدا دینامیک عالم را مورد بررسی قرار می دهیم. ابتدا برای بدست آوردن متریک ساده ی FRW از اصل های همگنی و همسانگردی عالم و اصل موضوع وایل استفاده می شود. سپس معادلات اینشتین در نسبیت عام و حل این معادلات را مورد بررسی قرار می دهیم. معادلات اینشتین به دو معادله دیفرانسیل فریدمان کاهش می یابد. با کمک این معادلات وابستگی بین عامل مقیاس و چگالی انرژی به دست می آید. با وجود تطابق بسیار خوب مدل استاندارد با مشاهدات رصدی این مدل مشکلاتی از قبیل مشکل افق و مشکل تختی دارد که قادر به توضیح آنها نمی باشد. برای حل مسائل این مدل، از مهم ترین مدل اصلاحی یعنی مدل تورمی استفاده می شود. در این مدل عامل مقیاس به طور نمایی رشد می کند. علاوه بر حل این مسائل، این مدل قادر به توضیح منشأ افت وخیزهای اولیه نیز می باشد. بعد از بررسی انبساط شتاب دار، به بررسی تولید ذرات در پایان دوره ی تورم یعنی مرحله ی بازگرمایش می پردازیم. زمان مورد نظر مرحله ای از بازگرمایش است که ذرات از طریق تشدید پارامتری به طور نمایی تولید می شوند. در مدل های مختلف مربوط به این دوره، رشد افت و خیزهای کوانتومی میدان های جفت شده با اینفلاتون را بررسی می کنیم. کُدی به نام "لاتیس ایزی`` (Latticeeasy) توسط فِلدر برای دوره ی بازگرمایش نوشته شده است. این کُد به روش عددی به حل معادله های حرکت در دوره ی بازگرمایش می پردازد. ما با بررسی داده های مربوط به این کُد و اجرای چند نمونه از مدل های آن خروجی های مربوط به هر یک را رسم کردیم. این برنامه را برای هر مدل از میدان های اسکالر قابل استفاده است و فقط کافی است که فایل های مدل و پارامترهای آن را تغییر دهیم. از آنجایی که شناخته شده ترین میدان ها، میدان مغناطیسی است از این رو بررسی خواص میدان مغناطیسی اهمیت دارد. در این پایان نامه مدل تورمی با میدان اسکالر مختلط اینفلاتون جفت شده با میدان پیمانه ای را در نظر می گیریم. این جفت شدگی باعث جرم دار شدن فوتون شده و تقارن همدیس شکسته می شود. علاوه بر این، در این مدل جفتیدگی پیمانه ای جنبشی به زمان یا به میدان اینفلاتون وابسته است. برای پتانسیل با شکست خودبه خود تقارن با محاسبات عددی تحول میدان اینفلاتون و اختلالات میدان پیمانه ای در طی دوره ی بازگرمایش را بررسی نموده و با بهره گیری از کُد "لاتیس ایزی (Latticeeasy) `` برای نوشتن مدلی برای میدان های پیمانه ای تلاش کردیم. ولی به خاطر مسائلی از قبیل متفاوت بودن ضرایب مشتق اول در معادله ی حرکت و ازهمه مهم تر وارد شدن جمله ی رسانندگی که در این پایان نامه به آن نپرداختیم، این کُد احتیاج به تغییرات بیشتری دارد. به همین علت با کُدنویسی به روش رونگ کوتا یا استفاده از نرم افزارهای مختلف معادلات حرکت دوره ی بازگرمایش را بررسی کردیم. نتایج نشان می دهد میدان های پیمانه ای رشد می کند که در سازگاری با مشاهدات امروزی می باشد. از آنجایی که پارامتر خمش، کمیت مهم برای مقایسه با مشاهدات کیهانی است اثر میدان های پیمانه ای بر روی آن را بررسی کردیم. این کمیت برای حالت های چند میدانی وابسته به فشار غیر آدیاباتیکی می شود که اگر اثر این جمله زیاد شود باعث تغییرات در اختلال خمش می شود. این کمیت برای سازگاری با مشاهدات باید در مقیاس های بالای افق ثابت باشد. در بررسی های انجام شده نشان می دهیم که اختلال خمش در مقیاس های بالای افق برای میدان های پیمانه ای بدون تغییر باقی می ماند که با مشاهدات رصدی تطابق دارد. کلمات کلیدی : کیهان شناسی، نسبیت عام، مدل تورمی، مدل بازگرمایش، اختلال خمش.