On the stability of a de Sitter universe with self-interacting massive particles

Published: June 3, 2014, 11 a.m.

In dieser Arbeit untersuche ich den Einfluss massiver Quantenfelder auf einen reinen de Sitter Hintergrund. Nach einer kurzen Zusammenfassung der neuesten Entwicklungen zu diesem Thema gebe ich eine Einfu\u0308hrung in die klassische Geometrie von de Sitter Ra\u0308umen. Darin behandle ich die physikalischen Eigenschaften und die verschiedenen Koordinatensysteme, die unterschiedliche Teile des de Sitter Raumes bedecken. Im anschlie\xdfenden Kapitel wiederhole ich die Quantenfeldtheorie freier Skalarfelder auf gekru\u0308mmten Hintergru\u0308nden im Allgemeinen und auf de Sitter im Speziellen. Hier gebe ich die Lo\u0308sungen fu\u0308r die Modenfunktionen in geschlossenen und flachen Koordinaten an und diskutiere das Problem der richtigen Wahl des Vakuums auch im Hinblick auf die Eigenschaften der zugeho\u0308rigen Green Funktionen. Da sich der Hintergrund fu\u0308r die Quantenfeldtheorie auf de Sitter mit der Zeitentwicklung a\u0308ndert, verwende ich den in/in (Keldysh) Formalismus zur Berechnung von Observablen. Ich fasse den Formalismus zusammen und erla\u0308utere die fu\u0308r Rechnungen beno\u0308tigten Methoden. Die Einfu\u0308hrung des Wechselwirkungspotentials und der Feynmanregeln fu\u0308r Wechselwirkungsdiagramme bilden schliesslich den Abschluss des einleitenden Teils.\nMit Hilfe des effektiven Potentials fu\u0308r das reskalierte Skalarfeld zeige ich, dass jede Theorie mit ungeraden Wechselwirkungspotentialen Probleme mit der Stabilita\u0308t des freien Vakuums aufweist, falls der Skalenfaktor in der Vergangenheit verschwindet. Dies ist auch ein Argument, auf de Sitter die globalen Koordinaten anstelle der flachen zu verwenden, da sie im Gegensatz zu diesen den ganzen Raum bedecken und der Skalenfaktor nur einen nicht verschwindenden Minimalwert annimmt. Ich beweise weiterhin, dass aus der Betrachtung der Vakuumpersistenz kein Einwand gegen Wechselwirkungen auf de Sitter folgt, da die resultierende Entwicklung immer unita\u0308r ist, falls die Kopplung klein genug gewa\u0308hlt wird. Fu\u0308r die Schleifenkorrekturen zum Keldyshpropagator in globalen Koordinaten ergeben meine Berechnungen keine problematischen Divergenzen. Insbesondere finde ich keine Divergenz, die es verbietet, den adiabatischen Limes in Berechnung zu nehmen, was den Ergebnissen von Polyakov und Krotov widerspricht. Zusammen- fassend ist meine Schlussfolgerung, dass die wechselwirkenden Quantenfelder zu keinen offensichtlichen Instabilita\u0308ten des de Sitter Hintergrundes fu\u0308hren.