Scalaron Decay in Perturbative Quantum Gravity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A certain quadratic gravity model provides a successfully inflationary scenario. The inflation is driven by the new scalar degree of freedom called scalaron. After the end of inflation the scalaron decays in matter and dark matter degrees of freedom reheating the Universe. We study new channels by which the scalaron can transfer energy to the matter sector. These channels are annihilation and decay via intermediate graviton states. Results are obtained within perturbative quantum gravity. In the heavy scalaron limit only scalar particles are produced by the annihilation channel. Scalaron decays in all types of particles are allowed. In the light scalaron limit decay channel is strongly suppressed. Boson production via the annihilation channel is expected to be dominant at the early stages of reheating, while fermion production will dominate later stages.

About the authors

B. N Latosh

Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, JINR; Dubna State University

Author for correspondence.
Email: latosh@theor.jinr.ru
141980, Dubna, Russia; 141982, Dubna, Russia

References

  1. A. Accioly, S. Ragusa, H. Mukaim, and E. C. de Rey Neto, Int. J. Theor. Phys. 39, 1599 (2000); doi: 10.1023/A:1003632311419
  2. A. Hindawi, B. A. Ovrut, and D. Waldram, Phys. Rev. D 53, 5583 (1996); doi: 10.1103/PhysRevD.53.5583 [arXiv:hep-th/9509142 [hep-th]].
  3. R. H. Dicke, Phys. Rev. 125, 2163 (1962); doi: 10.1103/PhysRev.125.2163.
  4. K. i. Maeda, Phys. Rev. D 39, 3159 (1989); doi: 10.1103/PhysRevD.39.3159.
  5. V. Faraoni, E. Gunzig, and P. Nardone, Fund. Cosmic Phys. 20, 121 (1999) [arXiv:gr-qc/9811047 [gr-qc]].
  6. A. De Felice and S. Tsujikawa, Living Rev. Rel. 13, 3 (2010) doi: 10.12942/lrr-2010-3 [arXiv:1002.4928 [gr-qc]].
  7. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980); doi: 10.1016/0370-2693(80)90670-X.
  8. Y. Akrami et al. [Planck], Astron. Astrophys. 641, A10 (2020); doi: 10.1051/0004-6361/201833887 [arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO]].
  9. P. A. R. Ade et al. [BICEP and Keck], Phys. Rev. Lett. 127, no.15, 151301 (2021); doi: 10.1103/PhysRevLett.127.151301 [arXiv:2110.00483 [astro-ph.CO]].
  10. D. Paoletti, F. Finelli, J. Valiviita, and M. Hazumi, [arXiv:2208.10482 [astro-ph.CO]].
  11. G. Galloni, N. Bartolo, S. Matarrese, M. Migliaccio, A. Ricciardone, and N. Vittorio, [arXiv:2208.00188 [astro-ph.CO]].
  12. A. Vilenkin, Phys. Rev. D 32, 2511 (1985); doi: 10.1103/PhysRevD.32.2511.
  13. A. S. Koshelev, L. Modesto, L. Rachwal, and A. A. Starobinsky, JHEP 11, 067 (2016); doi: 10.1007/JHEP11(2016)067 [arXiv:1604.03127 [hep-th]].
  14. E. V. Arbuzova, A. D. Dolgov, and L. Reverberi, JCAP 02, 049 (2012); doi: 10.1088/1475-7516/2012/02/049 [arXiv:1112.4995 [gr-qc]].
  15. E. V. Arbuzova, A. D. Dolgov, and R. S. Singh, JCAP 07, 019 (2018); doi: 10.1088/1475-7516/2018/07/019 [arXiv:1803.01722 [gr-qc]].
  16. E. Arbuzova, A. Dolgov, and R. Singh, Symmetry 13, 877 (2021); doi: 10.3390/sym13050877.
  17. B. N. Latosh, Phys. Part. Nucl. 51, 859 (2020); doi: 10.1134/S1063779620050056 [arXiv:2003.02462 [hep-th]].
  18. C. P. Burgess, Living Rev. Rel. 7, 5 (2004); doi: 10.12942/lrr-2004-5 [arXiv:gr-qc/0311082 [gr-qc]].
  19. M. Levi, Rept. Prog. Phys. 83, 075901 (2020); doi: 10.1088/1361-6633/ab12bc [arXiv:1807.01699 [hep-th]].
  20. X. Calmet, Int. J. Mod. Phys. D 22, 1342014 (2013); doi: 10.1142/S0218271813420145 [arXiv:1308.6155 [gr-qc]].
  21. P. Vanhove, [arXiv:2104.10148 [gr-qc]].
  22. G. 't Hooft and M. J. G. Veltman, Ann. Inst. H. Poincare Phys. Theor. A 20, 69 (1974).
  23. M. H. Goro and A. Sagnotti, Phys. Lett. B 160, 81 (1985); doi: 10.1016/0370-2693(85)91470-4.
  24. D. Prinz, Class. Quant. Grav. 38, 215003 (2021); doi: 10.1088/1361-6382/ac1cc9 [arXiv:2004.09543 [hep-th]].
  25. B. S. DeWitt, Phys. Rev. 162, 1239 (1967); doi: 10.1103/PhysRev.162.1239.
  26. S. Sannan, Phys. Rev. D 34, 1749 (1986); doi: 10.1103/PhysRevD.34.1749.
  27. B. Latosh, Class. Quant. Grav. 39, 165006 (2022); doi: 10.1088/1361-6382/ac7e15 [arXiv:2201.06812 [hep-th]].
  28. R. Mertig, M. Bohm, and A. Denner, Comput. Phys.Commun. 64, 345 (1991); doi: 10.1016/0010-4655(91)90130-D.
  29. V. Shtabovenko, R. Mertig, and F. Orellana, Comput. Phys.Commun. 256, 107478 (2020); doi: 10.1016/j.cpc.2020.107478 [arXiv:2001.04407 [hep-ph]].
  30. H. H. Patel, Comput. Phys.Commun. 197, 276 (2015); doi: 10.1016/j.cpc.2015.08.017 [arXiv:1503.01469 [hep-ph]].
  31. H. H. Patel, Comput. Phys.Commun. 218, 66 (2017); doi: 10.1016/j.cpc.2017.04.015 [arXiv:1612.00009 [hep-ph]].
  32. V. Shtabovenko, Comput. Phys.Commun. 218, 48 (2017) doi: 10.1016/j.cpc.2017.04.014; [arXiv:1611.06793 [physics.comp-ph]].
  33. S. Mandelstam, Phys. Rev. 115, 1741 (1959); doi: 10.1103/PhysRev.115.1741.
  34. S. Mandelstam, Phys. Rev. 112, 1344 (1958); doi: 10.1103/PhysRev.112.1344.
  35. S. M. Bilenky, Introduction to Feynman Diagrams and Electroweak Interactions Physics, Moscow, Nauka (1995).
  36. S. Weinberg, The Quantum theory of elds. Vol. 1: Foundations, Cambridge University Press (2005).
  37. M. E. Peskin and D. V. Schroeder, An Introduction to quantum eld theory, Addison-Wesley (1995).
  38. Y. b. Zeldovich, Adv. Astron. Astrophys. 3, 241 (1965); doi: 10.1016/b978-1-4831-9921-4.50011-9.
  39. B. W. Lee and S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 39, 165 (1977); doi: 10.1103/PhysRevLett.39.165.
  40. G. Passarino and M. J. G. Veltman, Nucl. Phys. B 160, 151 (1979); doi: 10.1016/0550-3213(79)90234-7.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».