인플레이션 없이 해결하는 자기단극자 과잉 문제

초록

이 논문은 초기 우주에서 위상 전이로 생성되는 GUT 자기단극자(몬폴)의 과잉을, 인플레이션 대신 게이지 장의 동역학을 바꾸는 Weyl 공척 대칭 파괴 메커니즘으로 해결한다. 시간에 따라 변하는 계수 I(t) 가 초기에는 큰 값을 가져 monopole을 사실상 전역 결함으로 만들고, 이후 I가 1로 수렴하면서 monopole이 전자기적 전하를 획득한다. 전역 단계에서 강력한 전역 상호작용이 monopole‑antimonopole 소멸을 효율적으로 진행시켜, 한 허블 부피당 몇 개 수준으로 밀도를 억제한다. 결과적으로 인플레이션 없이도 관측 가능한 수준 이하의 monopole 밀도를 얻으며, 현재·미래의 우주선 탐지기에서 GUT monopole을 발견할 가능성을 제시한다.

상세 분석

본 연구는 기존의 “monopole problem”을 인플레이션에 의존하지 않고, gauge kinetic term에 비정상적인 계수 I(t) 를 도입함으로써 해결한다. I(t) 는 Weyl 공척 대칭을 깨는 dilatonic coupling 형태이며, 초기 우주에서는 I≫1 으로 설정된다. 이때 gauge coupling ẽ = e/I 는 매우 작아지며, 결과적으로 gauge boson들의 질량 M_V ∝ I⁻¹ 도 감소한다. Hubble 팽창률 H 가 M_V 보다 크게 유지되는 구간에서는 gauge sector가 사실상 비활성화되고, monopole은 전역 결함(global monopole)으로 행동한다. 전역 monopole은 스칼라 장의 위상적 전이로 생성되며, 그 에너지 밀도는 E∝v²R (여기서 R은 최근 antipole까지의 거리)로 거리 의존성이 없으므로, 서로 간의 인력이 일정하게 강해 전역적인 monopole‑antimonopole 소멸이 급속히 진행된다. 수치 시뮬레이션