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¿Qué papel desempeñan el precalentamiento y el recalentamiento en la inflación?

Durante la inflación, se cree que el universo se enfrió por un "factor de 100.000 o así"

El resumen de este documento menciona que el "precalentamiento" desempeña un papel en la producción de partículas. ¿Se refiere este "precalentamiento" a la inflación?

Como intento comunicar esto a un público no científico, necesito utilizar analogías. Antes lo entendía como que el recalentamiento "cocinaba" las primeras partículas... sin embargo, lo anterior parece sugerir que el sobreenfriamiento "condensaba" las primeras partículas, lo que parece tener más sentido. ¿Cuál de estas dos analogías es más correcta?

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user37899 Puntos 226

Durante la inflación tenemos el campo inflatón, que permanece casi constante en una región plana de su potencial y, por tanto, impulsa la expansión exponencial del universo. Dado que el universo se expande enormemente durante la inflación ( $\sim e^{60}$ ) la densidad de energía de las partículas que pudiera haber se diluye y, por tanto, a todos los efectos, al final de la inflación el universo está vacío de partículas y sólo está lleno del campo inflatón (y posiblemente de otros campos escalares ligeros).

La inflación termina cuando el campo del inflatón alcanza el final de una región plana de su potencial y en este punto el campo del inflatón comienza a oscilar alrededor del mínimo de su potencial. El campo puede interpretarse entonces como un condensado de partículas del inflatón en reposo. Si el inflatón está acoplado a los campos del Modelo Estándar, este condensado decaerá en los cuantos de estos campos. Así, el campo del inflatón se descompondrá en las partículas del Modelo Estándar, que interactuarán entre sí y obtendrán así una distribución térmica (se termalizarán) dejando una sopa caliente de partículas que sirve como estado inicial para la evolución convencional del Big Bang. Esto se conoce como recalentamiento.

El recalentamiento descrito anteriormente se produce de forma perturbativa, es decir, de la forma habitual de la física de partículas, en la que un tipo de partícula decae en, por ejemplo, un par de otro tipo de partícula con los momentos que son la mitad de la masa en reposo de la partícula inicial. Sin embargo, hay otros procesos que pueden producir partículas a partir de un campo inflatón oscilante que no son perturbativos y no pueden describirse en términos de partículas que se desintegran unas en otras. Esta producción no perturbativa de partículas suele ocurrir antes del recalentamiento perturbativo, por lo que se ha denominado precalentamiento. En el precalentamiento se producen partículas de forma muy explosiva (exponencial), pero los momentos de estas partículas no tienen una distribución térmica, por lo que aún no se puede hablar de que el universo tenga una temperatura.

En resumen, tanto el precalentamiento como el recalentamiento se producen después del inflado. En el precalentamiento las partículas se producen explosivamente por mecanismos no perturbativos (por ejemplo, resonancia paramétrica) pero no están en equilibrio térmico (y de hecho cómo alcanzan el equilibrio térmico es una cuestión muy poco trivial). El recalentamiento es un proceso perturbativo en el que un condensado de partículas inflatón decae perturbativamente y los productos de la desintegración se termalizan para dar lugar a una sopa caliente de partículas con una distribución térmica.

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