Primordial power spectrum from an objective collapse mechanism: the simplest case

Abstract

En este trabajo se analizó el origen físico de las inhomogeneidades primordiales durante la era inflacionaria. El marco teórico propuesto está basado, por un lado, en el contexto de gravedad semiclásica donde solamente se cuantizan los campos de materia y no la métrica espacio-temporal. Por otro lado, se incorpora un mecanismo de colapsos objetivos basado en el modelo de Localización Continua Espontánea (CSL por sus siglas en inglés), el cual es aplicado a la función de onda asociada al campo inflatón. Esto es introducido para atender la relación cercana entre la cosmología y el llamado “problema de la medición” en Mecánica Cuántica. En particular, para romper las simetrías asumidas para el vacío de Bunch-Davies inicial y así obtener las inhomogeneidades observadas hoy, la teoría necesita de algo similar a una “medición”, ya que la evolución lineal dada por la ecuación de Schrodinger no rompe simetrías iniciales. El colapso dado por el modelo CSL provee un mecanismo satisfactorio de ruptura de las simetrías iniciales del vacío de Bunch-Davies. El aspecto novedoso en este trabajo es que el modelo CSL propuesto surge a partir de las elecciones más simples para el parámetro y operador de colapso, obteniéndose un espectro primordial que tiene las mismas características distintivas del espectro estándar, y que es consistente con las observaciones del Fondo Cósmico de Microondas.

In this work we analyzed the physical origin of the primordial inhomogeneities during the inflation era. The proposed framework is based, on the one hand, on semiclassical gravity, in which only the matter fields are quantized and not the spacetime metric. Secondly, we incorporate an objective collapse mechanism based on the Continuous Spontaneous Localization (CSL) model, and we apply it to the wavefunction associated with the inflaton field. This is introduced due to the close relation between cosmology and the so-called “measurement problem” in Quantum Mechanics. In particular, in order to break the homogeneity and isotropy of the initial Bunch-Davies vacuum, and thus obtain the inhomogeneities observed today, the theory requires something akin to a “measurement” (in the traditional sense of Quantum Mechanics). This is because the linear evolution driven by Schrodinger’s equation does not break any initial symmetry. The collapse mechanism given by the CSL model provides a satisfactory mechanism for breaking the initial symmetries of the Bunch-Davies vacuum. The novel aspect in this work is that the constructed CSL model arises from the simplest choices for the collapse parameter and operator. From these considerations, we obtain a primordial spectrum that has the same distinctive features as the standard one. which is consistent with the observations from the Cosmic Microwave Background.