L’inflation a été proposée il y a plus de 25 ans pour résoudre le problème de la platitude de l’univers et le problème de l’horizon, entre d’autres ; c.-à-d. expliquer pourquoi on observe des régions dans le ciel qui, bien qu’éloignées de beaucoup plus que le trajet de la lumière depuis le Big Bang (la taille de l’horizon), ont exactement la même température de rayonnement. Ces régions apparemment ne devraient pas être reliées entre elles, et paradoxalement elles sont remarquabelement homogènes. L’inflation suppose qu’elles viennent de la même région causalement reliée, dont la taille a gonflé considérablement. Quel est le phénomène à l’origine de l’inflation ? La Théorie de Grande d’Unification (GUT) donne une explication. GUT unifie l’interaction forte avec l’interaction faible et électromagnétique. Cette unification devrait se produire aux températures de T = 1029K, seulement disponibles très tôt dans l’univers. Au-dessus et autour de cette température, les particules sont soumises seulement à la force unifiée, et quand l’univers se refroidit au-dessous de cette température, la symétrie entre les forces est brisée, produisant une transition de phase, qui libère une énergie colossale. Cette énergie formidable serait le moteur de l’inflation. L’inflation fournit un mécanisme générique pour produire des perturbations scalaires (densité) et tensorielles (ondes gravitationnelles). Un aspect caractéristique des perturbations dûes à l’inflation est qu’elles proviennent de fluctuations quantiques. Lorsque leur longueur d’onde devient plus grande que le rayon de Hubble (l’horizon), ces fluctuations sont amplifiées et se développent, devenant classiques et se découplant des processus microphysiques causaux. Ensuite, pendant l’ère actuelle où la matière domine le rayonnement, l’horizon les rattrape à nouveau, et ces perturbations classiques sont la cause des inhomogénéités qui produisent les structures cosmologiques par effondrement gravitationnel. L’inflation prévoit de façon générique un spectre de fluctuations primordiales quasi-adiabatiques (scalaire et tensoriel) gaussien et presque invariant d’échelle. Ce spectre est parfaitement compatible avec les données riches et précises fournies par la sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). L’inflation simple est décrite par un champ scalaire (l’inflaton) qui conduit la dynamique du facteur d’échelle de l’univers, plus de petites fluctuations quantiques. Dans les données de WMAP, les départs à l’invariance d’échelle et à la gaussianité sont déterminés par les départs à la platitude du potentiel, qui peut être mesurée par ses dérivées. Ces dérivées peuvent être combinées dans une hiérarchie de paramètres sans dimension variant lentement.

Figure 1 : Prédictions pour r (le rapport entre perturbations scalaires et tensorielles) en fonction de l’index du spectre scalaire ns pour différentes valeurs de l’asymétrie |h| du potentiel. Une valeur maximum de ns est trouvée : nsmax = 0.961528 et la valeur correspondante r est r max = 0.114769. La valeur maximale de r est r absolute-max = 0.16 et correspond àun potentiel purement quadratique. Pour ns = 0.95 (valeur centrale observée), 0.03 < r

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http://www.obspm.fr/cgi-bin/whereis?=sanchez+N] (Observatoire de Paris, LERMA, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

Inflation has been proposed more than 25yrs ago to solve the problem of flatness and the horizon, problem, among others ; i.e. to explain why regions in the sky much more distant than a light path from the Big-Bang (the horizon size) are observed with exactly the same radiation temperature. These regions apparently should not be connected, and paradoxically they are homogeneous. Inflation assumes they come from the same causally connected region, which has been inflated considerably. What produces inflation ? The hypothesis of Grand Unification Theory (GUT) accounts for that. GUT unifies the strong interaction with the weak and electromagnetic interaction. This unification should occur at temperatures of T= 1029K, only available in the early universe. Above and around this temperature, particles are submitted only to the unified force, and when the universe cools down below this, the symmetry between the forces is broken, producing a phase transition, which releases a gigantic energy. This formidable energy would drive the inflation. Inflation provides a generic mechanism for generating scalar (density) and tensor (gravitational wave) perturbations. A characteristic aspect of inflationary perturbations is that these are generated by quantum fluctuations. After their wavelength becomes larger than the Hubble radius (the horizon), these fluctuations are amplified and grow, becoming classical and decoupling from causal microphysical processes. Upon re-entering the horizon during the matter era, these classical perturbations seed the inhomogeneities which generate the cosmological structures upon gravitational collapse. Inflation predicts fairly generic features : a gaussian and nearly scale invariant spectrum of (mostly) adiabatic scalar and tensor primordial fluctuations. This spectrum is perfectly compatible with the highly precise wealth of data provided by the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Simple inflation is described by a scalar field (the inflaton) which drives the dynamics of the scale factor of the expanding universe, plus small quantum fluctuations. In WMAP data, departures from scale invariance and gaussianity are determined by the departures from flatness of the potential, which can be measured by its derivatives. These derivatives can be combined into a hierarchy of dimensionless slow varying parameters. Figure 1 : Predictions for r (the ratio of gravitational waves to density perturbations) as a function of the spectral scalar index ns for different values of the asymmetry |h| of the potential. A maximun value of ns is found : nsmax = 0.961528 and the corresponding r is r max = 0.114769. The absolute maximun value of r is r absolute-max = 0.16 and corresponds to a purely quadratic potential. For ns = 0.95 (present central observed value), 0.03 < r

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http://www.obspm.fr/cgi-bin/whereis?=sanchez+N] (Observatoire de Paris, LERMA, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013