Вплив зворотної реакцiї та ефекту Швiнґера на генерацiю векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту
Тип публікації :
Дисертація
Дата випуску :
29 квітня 2026 р.
Автор(и) :
Лисенко, Анастасiя Володимирiвна
Науковий(і) керівник(и)/редактор(и) :
Вiльчинський, Станiслав Йосипович
Мова основного тексту :
Ukrainian
eKNUTSHIR URL :
Цитування :
[APA 7] Лисенко, А. В. (2026). Вплив зворотної реакцiї та ефекту Швiнґера на генерацiю векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту. [Дис. доктора філософії, Київський національний університет імені Тараса Шевченка]. eKNUTSHIR. https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/34885
[ДСТУ] Лисенко А. В. Вплив зворотної реакцiї та ефекту Швiнґера на генерацiю векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту. : дис. … доктора філософії : 104 Фізика та астрономія. Київ, 2026. 166 с.
Лисенко А.В. Вплив зворотної реакцiї та ефекту Швiнґера на генерацiю векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту. — Квалiфiкацiйна наукова праця на правах рукопису. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiлософiї у галузi знань 10 — Природничi науки за спецiальнiстю 104 — Фiзика та астрономiя . — Київський нацiональний унiверситет iменi Тараса Шевченка Мiнiстерства освiти i науки України. — Київ, 2026.
Дисертацiю присвячено теоретичному дослiдженню генерацiї векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту, а також нелiнiйних явищ, що мають мiсце в цьому сценарiї: зворотної реакцiї згенерованих полiв на iнфляцiйну динамiку та народження заряджених частинок завдяки ефекту Швiнґера.
У першому роздiлi здiйснено аналiз сучасного стану наукових дослiджень, присвячених проблемам iнфляцiйної генерацiї векторних полiв. Викладено основнi положення сучасної космологiї та розглянуто сучаснi теоретичнi уявлення про ефект Швiнґера. Проаналiзовано низку актуальних нерозв’язаних проблем сучасної фiзики, зокрема проблему походження великомасштабних магнiтних полiв у Всесвiтi та проблему природи й походження темної матерiї. Здiйснено огляд теоретичних пiдходiв, запропонованих для розв’язання зазначених проблем. Особливу увагу придiлено теорiям iнфляцiйної генерацiї векторних полiв, зокрема iнфляцiйному магнiтогенезу та механiзмам генерацiї векторної темної матерiї пiд час iнфляцiйної стадiї еволюцiї Всесвiту.
У другому роздiлi розглянуто взаємодiю безмасового векторного поля зi скалярним полем iнфлатоном у моделi з одночасною наявнiстю кiнетичного та аксiального зв’язкiв. Для цього застосовано формалiзм градiєнтного розкладу. Використання вказаного методу дозволило одночасно врахувати можливу при- 3 сутнiсть двох нелiнiйних явищ: (i) зворотну реакцiю згенерованих електромагнiтних полiв на еволюцiю iнфлатона та (ii) створення пар заряджених фермiонiв з фiзичного вакууму (ефект Швiнґера). Останнє явище змодельовано з використанням узагальненого закону Ома для iндукованого струму: 𝐽⃗ = 𝜎𝐸𝐸⃗ + 𝜎𝐵𝐵⃗ , де 𝜎𝐸 та 𝜎𝐵 – електрична й магнiтна швiнґерiвськi провiдностi вiдповiдно. Виведено систему рiвнянь формалiзму градiєнтного розкладу для найзагальнiшої моделi з одночасною присутнiстю нетривiальних функцiй кiнетичного та аксiального зв’язку, а також швiнґерiвської провiдностi. Отриману систему рiвнянь застосовано для конкретного випадку з кiнетичною функцiєю зв’язку в експоненцiальнiй ратрiвськiй формi та лiнiйною аксiальною функцiєю зв’язку — для кiлькох контрольних точок у просторi параметрiв. Показано, що зворотна реакцiя викликає помiтне збiльшення тривалостi iнфляцiйної епохи, тодi як ефект Швiнґера сильно пригнiчує згенерованi поля та усуває їх зворотну реакцiю.
У третьому роздiлi розглянуто швiнґерiвське народження пар скалярних заряджених частинок однорiдним електричним полем у Всесвiтi, що розширюється. Для цього використано квантово-кiнетичний пiдхiд: введено адiабатичний вакуум для скалярного поля на основi розв’язку Вентцеля-Крамерса-Брiллюена для модового рiвняння в конформному часi, а потiм застосовано формалiзм коефiцiєнтiв Боголюбова для виведення системи квантових рiвнянь Власова для трьох дiйсних кiнетичних функцiй. Нова система рiвнянь має двi значнi переваги порiвняно з iснуючими в лiтературi аналогами. По-перше, її розв’язки швидше спадають при великих iмпульсах, що робить її бiльш придатною для чисельних розрахункiв. По-друге, вона враховує конформну симетрiю системи, оскiльки передбачає вiдсутнiсть генерацiї частинок у випадку конформно зв’язаного безмасового скалярного поля за вiдсутностi електричного поля. Iдентифiковано ультрафiолетовi розбiжностi у компонентах вектора електричного струму та тензора енергiї-iмпульсу утворених частинок та введено вiдповiднi контрчлени з метою усунення вказаних розбiжностей.
У четвертому роздiлi дослiджено iнфляцiйну генерацiю масивного векторного поля шляхом його взаємодiї з iнфлатоном через кiнетичний та аксiальний зв’язки, а також залежну вiд поля масу — т.зв. масовий зв’язок. Задля цього було розширено формалiзм градiєнтного розкладу (шляхом включення поздовжньої поляризацiї векторного поля) i виведено зв’язану систему рiвнянь руху для набору квадратичних функцiй векторного поля. Отриманi рiвняння руху дозволяють проаналiзувати нелiнiйну динамiку системи, зокрема врахувати зворотну реакцiю згенерованих полiв на еволюцiю iнфлатона. Узагальнений формалiзм градiєнтного розкладу було застосовано до векторного поля з малою масою, кiнетичнi та масовi члени якого пов’язанi з iнфлатоном через експоненцiальну ратрiвську функцiю. Було доведено, що чистий масовий зв’язок може пiдсилювати лише поздовжнi компоненти. Увiмкнувши також кiнетичну взаємодiю, можна отримати рiзнi сценарiї. Для спадної функцiї зв’язку спостерiгається послаблення внеску вiд поздовжньої поляризацiї у порiвняннi з внесками поперечних поляризацiй. I навпаки, для зростаючої функцiї зв’язку внесок вiд поздовжньої компоненти стає все бiльш i бiльш суттєвим, i система швидко переходить в режим сильної зворотної реакцiї.
Дисертацiю присвячено теоретичному дослiдженню генерацiї векторних полiв на iнфляцiйнiй стадiї еволюцiї Всесвiту, а також нелiнiйних явищ, що мають мiсце в цьому сценарiї: зворотної реакцiї згенерованих полiв на iнфляцiйну динамiку та народження заряджених частинок завдяки ефекту Швiнґера.
У першому роздiлi здiйснено аналiз сучасного стану наукових дослiджень, присвячених проблемам iнфляцiйної генерацiї векторних полiв. Викладено основнi положення сучасної космологiї та розглянуто сучаснi теоретичнi уявлення про ефект Швiнґера. Проаналiзовано низку актуальних нерозв’язаних проблем сучасної фiзики, зокрема проблему походження великомасштабних магнiтних полiв у Всесвiтi та проблему природи й походження темної матерiї. Здiйснено огляд теоретичних пiдходiв, запропонованих для розв’язання зазначених проблем. Особливу увагу придiлено теорiям iнфляцiйної генерацiї векторних полiв, зокрема iнфляцiйному магнiтогенезу та механiзмам генерацiї векторної темної матерiї пiд час iнфляцiйної стадiї еволюцiї Всесвiту.
У другому роздiлi розглянуто взаємодiю безмасового векторного поля зi скалярним полем iнфлатоном у моделi з одночасною наявнiстю кiнетичного та аксiального зв’язкiв. Для цього застосовано формалiзм градiєнтного розкладу. Використання вказаного методу дозволило одночасно врахувати можливу при- 3 сутнiсть двох нелiнiйних явищ: (i) зворотну реакцiю згенерованих електромагнiтних полiв на еволюцiю iнфлатона та (ii) створення пар заряджених фермiонiв з фiзичного вакууму (ефект Швiнґера). Останнє явище змодельовано з використанням узагальненого закону Ома для iндукованого струму: 𝐽⃗ = 𝜎𝐸𝐸⃗ + 𝜎𝐵𝐵⃗ , де 𝜎𝐸 та 𝜎𝐵 – електрична й магнiтна швiнґерiвськi провiдностi вiдповiдно. Виведено систему рiвнянь формалiзму градiєнтного розкладу для найзагальнiшої моделi з одночасною присутнiстю нетривiальних функцiй кiнетичного та аксiального зв’язку, а також швiнґерiвської провiдностi. Отриману систему рiвнянь застосовано для конкретного випадку з кiнетичною функцiєю зв’язку в експоненцiальнiй ратрiвськiй формi та лiнiйною аксiальною функцiєю зв’язку — для кiлькох контрольних точок у просторi параметрiв. Показано, що зворотна реакцiя викликає помiтне збiльшення тривалостi iнфляцiйної епохи, тодi як ефект Швiнґера сильно пригнiчує згенерованi поля та усуває їх зворотну реакцiю.
У третьому роздiлi розглянуто швiнґерiвське народження пар скалярних заряджених частинок однорiдним електричним полем у Всесвiтi, що розширюється. Для цього використано квантово-кiнетичний пiдхiд: введено адiабатичний вакуум для скалярного поля на основi розв’язку Вентцеля-Крамерса-Брiллюена для модового рiвняння в конформному часi, а потiм застосовано формалiзм коефiцiєнтiв Боголюбова для виведення системи квантових рiвнянь Власова для трьох дiйсних кiнетичних функцiй. Нова система рiвнянь має двi значнi переваги порiвняно з iснуючими в лiтературi аналогами. По-перше, її розв’язки швидше спадають при великих iмпульсах, що робить її бiльш придатною для чисельних розрахункiв. По-друге, вона враховує конформну симетрiю системи, оскiльки передбачає вiдсутнiсть генерацiї частинок у випадку конформно зв’язаного безмасового скалярного поля за вiдсутностi електричного поля. Iдентифiковано ультрафiолетовi розбiжностi у компонентах вектора електричного струму та тензора енергiї-iмпульсу утворених частинок та введено вiдповiднi контрчлени з метою усунення вказаних розбiжностей.
У четвертому роздiлi дослiджено iнфляцiйну генерацiю масивного векторного поля шляхом його взаємодiї з iнфлатоном через кiнетичний та аксiальний зв’язки, а також залежну вiд поля масу — т.зв. масовий зв’язок. Задля цього було розширено формалiзм градiєнтного розкладу (шляхом включення поздовжньої поляризацiї векторного поля) i виведено зв’язану систему рiвнянь руху для набору квадратичних функцiй векторного поля. Отриманi рiвняння руху дозволяють проаналiзувати нелiнiйну динамiку системи, зокрема врахувати зворотну реакцiю згенерованих полiв на еволюцiю iнфлатона. Узагальнений формалiзм градiєнтного розкладу було застосовано до векторного поля з малою масою, кiнетичнi та масовi члени якого пов’язанi з iнфлатоном через експоненцiальну ратрiвську функцiю. Було доведено, що чистий масовий зв’язок може пiдсилювати лише поздовжнi компоненти. Увiмкнувши також кiнетичну взаємодiю, можна отримати рiзнi сценарiї. Для спадної функцiї зв’язку спостерiгається послаблення внеску вiд поздовжньої поляризацiї у порiвняннi з внесками поперечних поляризацiй. I навпаки, для зростаючої функцiї зв’язку внесок вiд поздовжньої компоненти стає все бiльш i бiльш суттєвим, i система швидко переходить в режим сильної зворотної реакцiї.
Ключові слова :
векторнi поля раннiй Всесвiт космологiчна iнфляцiя кiне- тичний зв’язок аксiальний зв’язок формалiзм градiєнтного розкладу зворотна реакцiя ефект Швiнґера квантова кiнетична теорiя векторна темна матерiя масовий зв’язок. ector fields early Universe cosmological inflation kinetic coupling axial coupling gradient expansion formalism backreaction Schwinger effect quantum kinetic theory vector dark matter mass coupling.
Галузі знань та спеціальності :
E5 Фізика та астрономія
Файл(и) :![Ескіз]()
Вантажиться...
Формат :
Adobe PDF
Розмір :
1.68 MB
Контрольна сума :
(MD5):1369e788e863feef4c575e360eef22c0
Якщо не вказано інше, ця робота розповсюджується на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International