Constraining models of Inflationary Magnetogenesis with NANOGrav
在暴胀过程中产生的磁场可以解释它在宇宙中广泛尺度上的存在。在参考文献\cite{sharma2017}中，我们提出了一个在暴胀期间产生这些场的模型。这些场具有非零的各向异性应力，导致早期宇宙中引力波（GW）的随机背景的产生。在这里，我们表明，对于一个场景的磁再加热发生在QCD时代，这个随机GW背景位于$95\%$的信心区域的GW信号探测NANOGrav合作。这是当所产生的电磁场（EM）能量密度是再加热结束时的背景能量密度的$3-10\%$时的情况。在这种情况下，磁场强度$B_0 \sim (3.8-6.9) \times 10^{-11}$ G及其相干长度$\sim 30$ kpc的值在当前历元。这些值适用于EM场具有非螺旋性质的模型。对于场的螺旋性质，这些值是$B_0 \sim (1.1-1.9) \times 10^{-9}$ G及其相干长度$\sim 0.8$ Mpc。
2021-02-18 astro-ph.CO
Lorentz-violating inflationary magnetogenesis
分析了最小洛伦兹破坏标准模型推广中暴胀子与光子之间的非共形不变耦合。对于特定形式的Lorentz破坏背景张量，避免了$\sim 10^{16}$ GeV尺度下de Sitter暴胀中磁生的强耦合和反反应问题，电磁感应的（高斯和非高斯）标量和张量曲率扰动的原始谱与宇宙微波背景观测结果一致，暴胀产生的磁场直接解释了宇宙磁场.
2015-06-18 astro-ph.CO gr-qc
Challenges in Inflationary Magnetogenesis: Constraints from Strong Coupling, Backreaction and the Schwinger Effect
已知与$f^2 F_{μν}F^{μν}$形式的电磁作用耦合的暴胀磁生模型有几个问题。这些问题包括强耦合问题、反作用问题以及由于施温格效应而产生的强约束。我们提出了一个解决所有这些问题的模型。在我们的模型中，耦合函数，$f$，膨胀期间增长和过渡到一个衰减阶段后膨胀。选择这种进化行为是为了避免强耦合的问题。通过假设耦合函数的适当幂律形式，我们也可以忽略暴胀过程中的反作用效应。为了避免膨胀后的反反应，我们发现再加热温度被限制在$ \approx 1.7 \times 10^4$ GeV以下。预测的磁能谱是非螺旋和一般的蓝色。在QCD历元（150 MeV）再加热时，估计的现今磁场强度和相应的相干长度分别为$ 1.4 \times 10^{-12}$ G和$6.1 \times 10^{-4}$ Mpc。这是在考虑了再加热后通量冻结演变的非线性处理之后获得的。如果我们还考虑非螺旋逆级联的可能性，如直接数值模拟所示，相干长度和磁场强度甚至更大。在上述所有情况下，在我们的模型中产生的磁场满足$γ$射线约束低于一定的再加热温度。
2017-10-14 astro-ph.CO
Audible Axion Magnetogenesis: Linking Intergalactic Magnetic Fields and Gravitational Waves
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Goethe University（歌德大学）
本文研究了轴子通过陷阱失配机制产生引力波和星系间磁场的关联，探讨了轴子与标准模型光子耦合在宇宙早期产生的超冷却效应及由此引发的引力波信号和磁场生成。
2026-05-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Magnetogenesis by non-minimal coupling to gravity in the Starobinsky inflationary model
Starobinsky暴胀模型中的$R^2$项可以看作是对引力有效作用量的一个主要量子修正。我们假设，宇称保持和宇称违反（轴向）曲率和电磁场之间的非最小耦合也存在于有效的行动。在爱因斯坦框架中，它们变成标量子和曲率与电磁场的非平凡耦合。我们在这个模型中对暴胀磁生作用进行了评估。在宇称保持耦合的情况下，磁场的放大小到可以忽略。在轴向耦合的情况下，磁生会受到暴胀过程中强烈的反作用的阻碍，导致磁场可能最多放大$10^5$倍，相对于其真空涨落。
2018-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary Magnetogenesis with Broken Local U(1) Symmetry
我们指出，如果在暴胀过程中打破局域U（1）规范对称性，暴胀磁生是可能实现的。将有效电荷固定为基本常数，避免了强耦合和反反应问题，获得了几乎标度不变的磁谱。我们研究了由于这些随机电磁场的原始曲率扰动的修正，发现在线性和非线性顺序，从电磁场的贡献是可以忽略不计的相比，从真空波动。最后，在暴胀结束时恢复U（1）规范对称性。
2015-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Magnetogenesis during inflation and preheating in the Starobinsky model
通过假设有效暴胀子场$ϕ$与电磁场的动力学耦合$f^{2}(ϕ)FF$，我们探讨了Starobinsky模型中暴胀和预热阶段的磁成因.我们考虑指数耦合函数$f(ϕ)=\exp(αϕ/M_{p})$的情况，并表明，对于$α\sim 12-15$，有可能产生强度为$\gtrsim 10^{-15}$高斯的大尺度磁场。产生的磁场的光谱是蓝色的，光谱指数为$n=1+s$、$s>0$。我们已经发现，对于耦合参数$α=12-15$的相关值，模型避免了所有相关模式的反反应问题。
2017-02-13 astro-ph.CO hep-th
Viable inflationary magnetogenesis with helical coupling
我们认为螺旋耦合到电磁场，并提出了一个简单的方案的耦合功能的演变，导致一个可行的暴胀磁没有反反应的问题。在这种情况下，当外推到当前历元时，通过调整模型参数，可以在以任何合理波数为中心的窄谱带中产生强度高达$10^{- 7}\,\text{G}$的螺旋磁场。我们讨论了这个模型的重子生成的影响，施加额外的约束的强度和相关长度的磁场。
2019-09-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Electric-magnetic duality and the conditions of inflationary magnetogenesis
对规范耦合的早期变化所引发的磁生现象进行了批判性分析。在源的情况下，它示出的电和磁功率谱可以明确地计算通过电磁对偶变换。暴胀前膨胀和再加热过程的残余物通过诱导欧姆电流明确地打破了电磁对偶性。在这类模型中，大尺度磁场的产生以及电磁可观测量之间的物理区别源于等离子体在膨胀后的电导率达到的最终值。给出了具体的数值例子。可行的磁场发生的情况下的物理要求。
2009-11-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Pre-reheating Magnetogenesis in the Kinetic Coupling Model
最近的耀变体观测为河外区域存在磁场提供了越来越多的证据。虽然一个自然的猜测是将生产与暴胀物理学联系起来，但众所周知，仅仅从暴胀中产生磁是相当具有挑战性的。因此，我们研究一个模型，其中一个非暴胀场$χ$耦合到电磁场通过其动力学项，$-I^2(χ) F^2 /4$，继续移动后，通货膨胀，直到完成再加热。这导致电磁场的暴胀后放大。我们计算所有相关的贡献曲率扰动，包括引力相互作用，并施加约束的磁场的强度从CMB标量波动。我们，第一次，明确地验证了在一个简单而成功的磁作用的情况下，没有调用一个专门的低尺度膨胀模型的动力学耦合模型的弱耦合制度的反反应和CMB的约束。
2016-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Inflationary magnetogenesis with added helicity: constraints from non-gaussianities
在以前的工作中，我们中的两个人提出了一个基于滚动辅助场的暴胀磁生模型，该模型既能够解释由耀变体的伽马射线观测（非）推断的磁场，又能够启动银河发电机，而不会引起任何强耦合或强反反应机制。在这里，我们评估的标量谱和双谱相对于在该方案中产生的单场慢卷膨胀的校正。对模型的最强约束来自于标量双谱的非观测。然而，即使考虑到这些限制，该方案可以成功地解释所观察到的磁场，只要暴胀的能量尺度小于$10^6\div10^8$ ~GeV，在一定条件下的辅助标量场的缓慢滚动。
2018-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Causality, initial conditions, and inflationary magnetogenesis
当考虑到两个基本问题时，暴胀后产生的磁场的演化，无论是传统的还是非传统的，都会发生巨大的变化。第一个是因果关系，它要求局部物理过程永远不会影响超视界扰动。第二个是从暴胀到再加热再到辐射时代的过渡的性质，这决定了这些时代开始时的初始条件。因果关系意味着暴胀磁场不会冻结在物质中，直到它们重新进入因果视界。另一方面，宇宙学跃迁的性质和相关的初始条件决定了暴胀后的大尺度磁演化。两者加在一起，可以在宇宙的后暴胀演化过程中减缓超视界尺度上的绝热磁衰变，从而导致相当强的残余磁场。这对宇宙磁场发生的常规和非常规情景都是“好消息”。特别是，在标准电磁场之外运行的机制，在膨胀期间不需要太多地增强它们的场，以产生可以为今天的银河发电机提供能量的种子。事实上，即使是常规产生的膨胀磁场也可能维持发电机。
2016-05-26 astro-ph.CO gr-qc
Inflationary Magnetogenesis without the Strong Coupling Problem II: Constraints from CMB anisotropies and B-modes
最近的观测声称磁场强于$10^{-16}$ G在河外介质激发了新的期待其起源的暴胀磁成因模型。在这项工作中，我们将审查最简单的规范不变模型$f^2(ϕ)F_{μν}F^{μν}$的暴胀磁的约束，并表明，在参数空间的最佳区域的各向异性约束来自感应双谱，由于产生的电磁场，产生最强的约束。在这个模型中，只有在低至$10^{-2}$ GeV的暴胀能量尺度下，一个非常精细的调谐方案才能解释空洞磁场的观测结果。这些研究结果是一致的，最近衍生的模型独立的限制。然而，如果BICEP 2探测到原始张量模被证实，则排除了低尺度暴胀的可能性。假设张量标量比$r=0.2^{+0.07}_{-0.05}$的BICEP 2索赔的有效性，我们提供了最新的约束暴胀磁。在Mpc尺度上，暴胀产生的最大允许磁场强度小于$10^{-30}$ G。
2014-07-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Torsion driven Inflationary Magnetogenesis
我们证明了暴胀磁生所需的电磁拉格朗日量的共形不变性的破缺在庞加莱规范理论中自然出现。我们用最小耦合公式引入电磁规范场和非阿贝尔规范场。由于加入了非阿贝尔规范场，我们证明了该模型可以自然地避开太阳约束。我们发现，在这个模型的最小版本中，产生的磁场太小，无法解释的意见。我们讨论了引力作用量的一些推广，包括Starobinsky模型和一个具有共形不变性的模型。我们表明，这样的概括自然产生的磁场所需的动能条款。我们提出了一个推广的极小模型，通过添加一个潜在的长期，这是允许在这个模型的框架内，并表明，它会导致足够大的磁场。
2020-06-20 astro-ph.CO gr-qc
Occupy magnetogenesis
场的占有数是经典态和量子态之间的一个合理的分界点。在这本小册子中，我们给出了一个概述，我们可以通过观察今天观察到的经典磁场的占据数和暴胀期间量子电磁场的占据数来了解暴胀磁生作用。唯一的占领数行为表明，对于德西特空间中的纯麦克斯韦理论，似乎不可能匹配这两个时代。
2013-09-09 astro-ph.CO gr-qc
Resonant magnetogenesis from axions
我们研究了U（1）规范场与轴子场之间的Chern-Simons耦合产生种子磁场的过程。我们解决的轴子开始在通货膨胀，再加热，也辐射占主导地位的宇宙热化后的时代振荡。我们研究的共振生成机制，并强调，一个小的振荡时间尺度相对于宇宙膨胀可以导致一个有效的生成（超）磁场通过共振生成，即使是${\cal O}(1)$耦合。此外，我们证明了所产生的字段可以是螺旋形的，由于快子放大阶段之前的振荡的发病。此外，它示出的参数共振在再加热过程中可以产生圆极化（超）磁场中的空隙区域与目前的振幅$B_0 =3\times 10^{-15}$高斯和相干长度$λ_0 = 0.3$ PC没有被困扰的反反应问题。
2019-09-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Inflationary magnetogenesis with a self-consistent coupling function
本文在微扰FRW度规下推导暴胀磁生成中的麦克斯韦方程，利用作用量自洽性约束耦合函数形式，并在大场暴胀模型中给出电磁场功率谱，同时定性讨论强耦合问题。
2023-07-11 astro-ph.CO gr-qc
Critical constraint on inflationary magnetogenesis
近年来，有报道指出，在Blazar的观测中，空洞区Mpc尺度的宇宙磁场大于$\sim 10^{-15}$ G，其不确定度为几个数量级。另一方面，在暴胀磁成因模型中，由于产生的电磁场，等曲率扰动不可避免地产生额外的原始曲率扰动。我们用一种与模型无关的方法研究了这种诱导的曲率扰动，并从观测到的宇宙磁场和曲率扰动的振幅得到了暴胀能量标度的严格上界，即$ρ_{\rm inf}^{1/4} < 30{\rm GeV} \times (B_{\rm obs}/10^{-15}{\rm G})^{-1}$，其中$B_{\rm obs}$是当前磁场的强度.因此，如果没有专门的低能暴胀模型或暴胀后磁场的额外放大，Mpc尺度的暴胀磁生通常与CMB观测不相容。
2014-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The equivalence between Einstein and Jordan frames: a study based on the inflationary magnetogenesis model
本文在f(R)引力下研究暴胀磁发生模型，通过比较乔丹与爱因斯坦框架中磁场能量密度及其谱，揭示了两框架的等价性，并分析了暴胀后谱的演化及同时尺度不变的条件。
2025-04-25 astro-ph.CO gr-qc
Magnetogenesis from axion-SU(2) inflation
提出将SCNI非阿贝尔部分等同于标准模型SU(2)_L的暴胀磁产生新机制，在强反作用下生成超视界规范场并经电弱相变转化为磁场，可解释遥远耀变体高能γ射线谱所需的星系际磁场。
2024-11-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A scenario for inflationary magnetogenesis without strong coupling problem
宇宙磁场遍及整个宇宙，从小到大。由于它们显然延伸到星系际介质中，因此很难相信它们有一个原始的起源，可能是在膨胀过程中产生的。然而，找到一致的暴胀磁生的情况是一个具有挑战性的理论问题。避免电磁能量的过度产生以及避免进入以电磁耦合常数的大值为特征的强耦合状态的要求通常允许在充气期间仅产生微小幅度的磁场。我们提出了一个方案，建立规范不变的模型，可能没有这些问题的暴胀磁。这个想法是在暴胀时代，将一个动力学标量（不一定是暴胀子）与费米子场和电磁场进行衍生耦合。这样的耦合提供了额外的自由度来控制在膨胀期间电磁耦合常数的时间依赖性。这一事实使我们能够找到条件，以避免强耦合的问题，影响许多现有的模型的磁。我们不需要依赖于特定的通货膨胀设置来发展我们的情景，这可能适用于不同的通货膨胀实现。另一方面，必须对与费米子和电磁力导数耦合的标量动力学提出具体要求，我们能够在明确实现我们的提议时满足这些要求。
2015-03-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Low-Scale Inflationary Magnetogenesis without Baryon Isocurvature Problem
针对电弱尺度以上磁生成模型存在的重子等曲率问题，提出带Chern-Simons耦合的低尺度暴胀磁生成方案，通过数值验证其可产生足够解释观测IGMFs的磁场且规避该问题。
2024-10-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary magnetogenesis with helical coupling
我们描述了一个简单的情况下，暴胀磁电磁耦合的基础上。它允许产生螺旋磁场的强度的顺序高达$10^{- 7}\,\text{G}$，当外推到当前的时代，在一个狭窄的光谱带中心在任何物理波数通过调整模型参数。对磁场的其他限制来自重子生成的考虑，也可能来自带电粒子-反粒子对产生的施温格效应。
2019-11-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relaxing the limits on inflationary magnetogenesis
暴胀一直被认为是产生原始大尺度磁场的最佳方式。为了获得足够强大的磁场来为银河发电机提供种子，大多数机制都在传统电磁理论之外运行。后者通常在de Sitter阶段结束后恢复。脱离标准电磁场可以在膨胀结束时导致明显更强的磁场，从而补偿它们随后的绝热耗尽。我们认为，德西特时代的剧烈磁场增强可能不再是必要的，因为与普遍的看法相反，超视界大小的磁场在暴胀后以较慢的速度衰减。这一主张背后的原理是因果关系，它将后暴胀电流限制在视界内。没有电流，就不可能有超哈勃长度的磁通冻结。在那里，磁场衰减速度减慢，因此更容易产生天体物理学感兴趣的原始场。为了量化这一定性陈述，人们可以从当前的银河发电机需求开始，并对膨胀结束时所需的磁场强度进行“逆向工程”，以便在今天产生与天体物理学相关的剩余种子。我们的研究结果表明，根据磁尺度，暴胀磁生机制产生的磁场强于$10^{17}$ G的德西特阶段结束时，可以成功地种子银河发电机目前。
2015-11-19 astro-ph.CO gr-qc
Reheating constraints in inflationary magnetogenesis
在众多的原始磁成因模型中，暴胀理论是解释当前宇宙磁场存在的最佳候选模型。假设暴胀后恢复共形不变性，那么在宇宙减速时期，特别是在再加热期间，它们的能量密度会随着辐射而降低。在不作任何假设的通货膨胀，磁机制和再加热如何进行，我们表明，需要大规模的磁场保持subdominant通货膨胀后，给出了非平凡的约束条件的再加热状态方程参数和再加热能量规模。在所谓的再加热参数方面，我们发现对于今天5 × 10^（-15）高斯量级的大尺度磁场，ln（Rrad）> -10.1。这个约束，然后比较那些已经来自宇宙微波背景（CMB）的数据，假设一个特定的暴胀模型。避免磁场反作用总是对CMB的补充，并且可以对所有高能暴胀模型的再加热给出更严格的限制。例如，如果今天的磁场强度是Bo = 5 x 10^（-15）G，那么在低于通常500 GeV的能量标度下，大的场物质主导的再加热就不能发生，如果Bo = 10^（-9）G，那么这个标度将上升到10^（10）GeV。
2012-05-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Revisiting Magnetogenesis during Inflation
通过考虑电磁扰动随机噪声的动力学，我们重新审视了暴胀过程中的原始磁生机制。我们得到相关的朗之万和福克-普朗克方程的电磁场，并解决他们的解析。结果表明，虽然电场能量密度的反作用可能过早破坏通货膨胀，但也有通常的衰减行为的磁场的参数空间的区域被随机动力学的均值回复过程所取代。结果，磁场稳定到平衡态，其幅度明显大于在没有随机噪声的情况下获得的幅度。结果表明，在控制电场扰动的反作用的同时，可以产生当前时间振幅为$\sim 10^{-13}$高斯、相干长度为${\rm Mpc}$的磁场.
2020-07-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effective field theories and inflationary magnetogenesis
这种有效的方法被应用于暴胀磁生的分析。而不是假设一个特定的基本描述，所有的一般协变项可能出现的四个时空导数的有效行动已被包括和加权的暴胀依赖耦合。高阶导数被典型质量尺度的负幂所抑制，其具体值最终取决于张量与标量之比。在准de Sitter阶段，相应的修正总是导致超磁和超电磁化率之间的不对称。在提出了一个一般的方法估计的规范功率谱，所得到的结果说明了通用模型，也在一些非通用的情况下，无论是暴胀有一些额外的对称性或高阶项是潜在的主导地位。
2021-04-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the magnetic evolution in Friedmann universes and the question of cosmic magnetogenesis
我们分析了原始磁场在空间平坦的弗里德曼宇宙的演变，并重新考虑的信念，通货膨胀后，这些领域的衰减在所有尺度上。在不放弃经典电磁学或标准宇宙学的前提下，我们证明了对于超视界大小的磁场，情况未必如此。这背后的原因是因果关系，它将后暴胀过程中的电流形成、电场消除和磁通冻结限制在视界内。因此，绝热磁衰变在超哈勃尺度上并不是先验保证的。相反，在暴胀之后，大尺度磁场服从幂律解，其中一种模式以比绝热模式慢的速率下降。这种缓慢衰减的模式是否能够主导和支配暴胀后的磁场演化取决于初始条件。这些是由膨胀期间场的演化以及从德西特阶段到再加热时代，然后到随后的辐射和尘埃时代的过渡性质决定的。我们讨论了两种替代和互补的方案，以说明宇宙磁场的初始条件的作用和影响。我们的主要主张是，磁场在暴胀后可以被超光速放大，只要它们保持在视界之外。这意味着暴胀产生的场可以达到与天体物理学相关的剩余强度，而不会脱离标准物理学。此外，使用相同的因果关系论点，人们可以限制（或在某些情况下帮助）原始磁场的非传统场景，这些场景在膨胀期间放大了它们的场。最后，我们表明，我们的结果自然延伸到边缘开放和边缘封闭的弗里德曼宇宙。
2016-12-21 astro-ph.CO gr-qc
Spontaneous Magnetogenesis at the Electroweak Phase Transition
本文提出在电弱相变中通过自发CP破坏与运动类轴子耦合，使标准模型哑铃磁场扭转，从而同时解释星系际磁场起源和重子不对称性，并指出磁场螺旋度占比约等于无量纲轴子速度。
2025-09-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Statistical anisotropy from inflationary magnetogenesis
如果量子涨落在经典规范场组态中被放大，则所产生的曲率扰动表现出轻微的统计各向异性，该各向异性应该足够弱，不会与当前的观测数据相冲突。本文首次计算了在相对论范德华相互作用理论中，当电、磁规范耦合以不同的速率演化时，弱各向异性初态引起的曲率功率谱。在恢复了对符合规范耦合有效的结果之后，讨论了各向同性和初始态的均匀性所施加的约束。所得到的界限比天真的预期更严格，在讨论潜在的磁场发生情况时不能忽略。
2016-01-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Smooth magnetogenesis
在暴胀磁生的Ratra方案中，光子和暴胀子之间的运动学耦合在暴胀结束时经历了非解析跳跃。使用平滑插值的耦合函数的解析形式，我们表明，这种非物理的跳跃并没有无效的模型，这仍然是一个可行的机制来解释宇宙磁化的主要预测。然而，有一个虚假的结果与nonanaliticity的耦合，即，预测的光谱产生的光子有一个幂律衰减在紫外区。这个问题进行了讨论，使用半经典近似和光滑耦合函数。
2016-11-15 astro-ph.CO gr-qc
Backreaction of electromagnetic fields and the Schwinger effect in pseudoscalar inflation magnetogenesis
研究了轴向耦合电磁场$(β/M_{p})ϕF_{μν}\tilde{F}^{μν}$和赝标场$ϕ$驱动的类轴暴胀中的磁生作用，电磁场的耦合常数为$β$。一组方程的暴胀场，标度因子，和期望值的二次函数的EM场的推导。这些方程考虑了Schwinger效应和所产生的电磁场对宇宙膨胀的反作用。发现当电磁能量密度达到$ρ_{\rm EM}\sim (\sqrt{2ε}/β)ρ_{\rm inf}$（$ε$是慢滚参数，$ρ_{\rm inf}$是暴胀子的能量密度）时，逆反应变得重要，使暴胀子滚动减慢，磁生终止.当电能密度超过值$ρ_{E}\sim α_{\rm EM}^{-3} (ρ_{\rm tot}^{2}/M_{p}^{4})$时，Schwinger效应变得相关，其中$ρ_{\rm tot}=3H^{2}M_{p}^{2}$是总能量密度，$α_{\rm EM}$是EM耦合常数。对于大的$β$，产生的带电粒子甚至在预热阶段之前就可以构成宇宙能量密度的重要部分。对暴胀的$α$吸引子模型中的磁生作用进行了数值研究，发现有可能产生最大强度为$10^{-15}\,{\rm G}$的螺旋磁场，但目前只能产生$1\,{\rm pc}$阶的关联长度.
2019-09-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary magnetogenesis: solving the strong coupling and its non-Gaussian signatures
最简单的原始磁场生成模型可以提供尺度不变的磁场，可以解释它在宇宙尺度上的丰度。两种耦合函数的解都可能导致这种现象，它们都存在强耦合或大反作用的问题。在这项工作中，我们认为耦合函数作为一个线性组合的两种模型参数。我们发现，该参数需要尽可能小的$\sim 10^{-20}$，以避免反反应问题。另一方面，要求Mpc尺度以上的模式不遭受强耦合，我们也得到了一个弱约束的模型参数大于$10^{-60}$。在模型参数允许的范围内，我们解析地计算了磁场和曲率扰动之间的交叉关联函数。我们发现，这样的组合保持一致性关系。此外，其结果导致增强的非高斯性在等边以及平坦的限制与独特的签名，表征了这个模型的新颖性。
2021-05-13 astro-ph.CO gr-qc
Inflationary magnetogenesis beyond slow-roll and its induced gravitational waves
本文研究短暂偏离慢滚暴胀情景下 Ratra 模型中磁场功率谱的增强机制，推导出谱指数可达4.75的解析界限，并计算其诱导的随机引力波背景，为未来引力波观测提供可探测的特征信号和搜索模板。
2025-07-02 astro-ph.CO hep-th
Inflationary Magnetogenesis without the Strong Coupling Problem
已知最简单的暴胀磁生的规范不变模型会受到大的反作用或强耦合的问题的困扰，这使得它很难自洽地从暴胀中获得比$\Mpc$尺度上的$10^{-32} G$更大的宇宙磁场。这样的强度不足以作为银河发电机效应的种子，这需要一个大于$10^{-20} G$的磁场。在本文中，我们分析了简单的扩展的极小模型，它避免了强耦合和反反应的问题，以产生足够大的磁场的Mpc规模的今天。首先研究了破坏电磁共形不变性的耦合函数是具有尖锐特征的非单调函数的可能性。随后，我们考虑的影响，降低能量标度的通货膨胀与长期再加热的情况下，宇宙是由一个僵硬的流体膨胀后很短的时间内占主导地位。在后一种情况下，一个系统的研究表明，磁场强度的上限今天的Mpc规模的$10^{-13} G$的低规模的通货膨胀和$10^{-25} G$的高规模的通货膨胀，从而提高了7-19个数量级的先前的结果。这些结果与强耦合和反作用约束是一致的。
2013-10-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Inflationary magnetogenesis from non-minimal coupling in large- and small-field potentials
Università di Camerino（卡梅里诺大学）；University at Albany-SUNY（奥尔巴尼州立大学（纽约州立大学））；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）；Al-Farabi Kazakh National University（阿尔法拉比哈萨克国立大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Perugia（意大利国家核物理学院佩鲁吉亚分部）
研究非最小耦合在大场和小场势中通过破缺电磁规范对称性产生磁场，发现非最小耦合调控电反作用和Schwinger效应，大场模型产生高达10^-13 G的磁场，符合观测限制，而小场模型则不显著。
2026-04-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inflationary Magnetogenesis with $f(R,ϕ)$ Coupling
School of Science, Dalian Maritime University（大连海事大学理学院）
本文将Ratra模型扩展为非最小f(R)引力框架，推导reheating阶段磁场能谱，施加三类理论约束并结合MHD湍流效应，通过数值计算得到参数联合约束，为暴胀磁生成提供了可行理论框架。
2026-09-10 astro-ph.CO gr-qc
Observable non-gaussianity from gauge field production in slow roll inflation, and a challenging connection with magnetogenesis
在任何现实的暴胀粒子物理模型中，暴胀子都可以被期望与其他场耦合。本文考虑U（1）规范场与标量暴胀子之间具有类玻色子耦合的模型。我们表明，这种耦合可以导致可观察到的非高斯性，即使在传统的制度，其中膨胀是由一个单一的标量缓慢滚动的光滑的潜力：依赖于时间的暴胀凝聚导致放大的大尺度规范场波动，这可以反馈到标量/张量宇宙学扰动。在压缩极限，所得到的双谱是接近本地的，但它显示了一个相当大的和特征的四极依赖于之间的角度较短的和较大的模式的相关性。可观测的非高斯性是在微扰理论的控制下获得的。如果将规范场等同于电磁场，那么我们所研究的模型就是由Ratra最初提出并被广泛研究的磁成因思想的实现。然而，鉴于文献中已经注意到的强耦合问题，这种识别（对于非高斯性产生不是必需的）是有问题的。
2012-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Narrowing the window of inflationary magnetogenesis
我们考虑共形对称被$f^2(ϕ) F_{αβ} F^{αβ}$项破缺的暴胀磁生。我们假设今天的磁场功率谱在0.1和$10^4$ Mpc之间是一个幂律，具有观测的上限和下限。这将$f$固定为在膨胀期间的窗口中的共形时间中接近幂律，此时产生了今天观察到的模式。与以前的工作相比，我们不做任何假设的形式$f$以外的这些规模。我们涵盖了所有可能的再加热的历史，描述了一个平均状态方程$-1/3 <\bar{w} <1$。要求强耦合和大的反反应，避免在背景和微扰水平，我们发现的束缚$δ_{B_0} < 5 \times10^{-15} \left( \frac{r}{0.07} \right)^{1/2} κ\mathrm{G}$的膨胀所产生的磁场，其中$r$是张量标量比和$κ$是一个常数有关的形式$f$。这个估计值与我们的近似值有一个数量级的不确定性。参数$κ$是$<100$，值$\gtrsim1$需要高度微调的$f$形式;典型值要小几个数量级。
2017-06-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Adding helicity to inflationary magnetogenesis
暴胀磁生的机制研究最多的依赖于规范动力学项$F_{μν}\,{F}^{μν}$的系数随时间的变化。不幸的是，只有极其精细的模型版本才能持续产生观测所需的宇宙学磁场。我们提出了一个推广的这个模型，其中也是伪标量不变$F_{μν}\,\tilde{F}^{μν}$乘以一个时间依赖函数。新的宇称违反项允许在暴胀结束时更自由地调整场的振幅。此外，它导致了一个螺旋形的磁场，在大尺度放大的磁流体动力学过程中的辐射主导的时代。因此，我们的模型可以满足观测的星系际介质中的字段的下限，同时提供了一个种子的银河发电机，如果膨胀发生在能量范围从$10^5$到$10^{10}$ GeV。这样的能量尺度远低于最近的BICEP 2结果所建议的，如果后者是由于原始张量模式。然而，规范场是暴胀过程中张量的来源，即使暴胀发生在低能量下，它也会产生一个相当大的张量与标量之比$r={\cal O}(0.2)$的引力波谱。因此，该系统避开了Lyth界限。对于较小的$r$值，需要较低的暴胀能量标度值。该模型预测了完全螺旋宇宙磁场和手征谱的原始引力波。
2014-11-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Simulating relic gravitational waves from inflationary magnetogenesis
我们提出了三维直接数值模拟的磁场和引力波（GWs）的生产在早期宇宙在低能量尺度物质为主的后暴胀再加热时代，并在随后的早期辐射时代，这是强烈的湍流。确定模型的参数，使得其避免了许多已知的物理问题，并且在再加热结束时产生在临界能量密度的0.2%和2%之间的磁能密度。在随后发展的湍流磁流体级联，磁场和GW开发的频谱，延伸到更高的频率在毫赫兹（纳赫兹）范围内的模型与再加热温度约100 GeV（150 MeV）在辐射主导的时代开始。然而，即使湍流级联是充分发展的，GW频谱显示出一个急剧下降的频率以上的峰值。这表明湍流在驱动GW方面的效率比以前认为的要低。由此产生的GW光谱的峰值很可能在空间干涉仪，脉冲星定时阵列和其他设施可访问的范围内。
2021-10-12 astro-ph.CO gr-qc
Vector Galileon and inflationary magnetogenesis
宇宙暴胀为这种结构的形成提供了初始条件。然而，大规模磁场的起源不能在这个框架内解决。这个长期存在的问题的关键问题是共形不变性的电磁（EM）场在4-D。虽然在文献中已经提出了许多方法来打破共形不变性的EM行动，在这里，我们提供了一个全新的方式来看待修改的EM行动和生成原始磁场在通货膨胀。我们明确地构造了一个高阶导数的电磁作用，打破共形不变性的要求三个条件-理论描述的矢量位$A_μ$及其衍生物，规范不变性得到满足，运动方程是线性的矢量位的二阶导数。我们的模型的独特之处在于，可观的磁场产生在小波长，而微小的磁场产生在大波长，与当前的观测结果一致。
2018-01-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inflationary magnetogenesis, derivative couplings and relativistic Van der Waals interactions
当规范场与标量有导数耦合时，就像范德华（或卡西米尔-波尔德）相互作用的相对论理论，共形不变性被打破，但磁和电的磁化率不一定重合。我们分析了慢卷暴胀中大尺度磁场的形成，发现它们是在百分之几个nG的水平上产生的，并且在几个Mpc和$100$ Mpc之间的典型长度尺度上产生。使用一个新的时间参数化，减少共形时间，但只为重合的非线性，规范作用被量子化，而相应的模式函数的演化方程更容易求解。功率谱取决于两个膨胀率（或相应的规范耦合）的归一化变化率以及它们在膨胀开始时的比值的绝对值。我们钉在参数空间中的所有的物理要求（即反作用的约束，磁边界和自然的初始条件的情况下）共同满足明确的区域。弱耦合的初始数据是有利的，如果规范耦合是在暴胀结束时相同的顺序。对偶性被系统地用于简化模型的宽参数空间的分析。
2015-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary magnetogenesis in the perturbative regime
虽然在暴胀期间，增加规范耦合的阶段允许尺度不变的超电谱，但当耦合减少时，对于大于有效视界的典型波长，可以产生平坦的超磁谱。在规范耦合消失后，视界外的辐射期超磁功率谱由暴胀末期的超电场决定，而在规范耦合减弱的情况下则相反。而不是强加一个突然冻结后，通货膨胀，我们认为一个平滑的模式函数的演变，假定规范耦合和共形时间导数总是连续的背景非本征曲率。在对偶对称性下，根据放大规范功率谱的变换性质对它们进行了分类。在澄清了相关的磁生约束的制定中的共动和物理谱的作用，参数空间的情况下仔细检查。事实证明，在暴胀过程中，一个略带蓝色的超电谱可能会导致一个准平坦的超磁谱，在物质辐射相等之前，以及在相关波长重新进入有效视界之前。在这个框架中，规范耦合总是微扰的，但诱导的大尺度磁场可以是百分之几个nG的数量级，并且在原星系引力坍缩之前的几分之一Mpc和$100$ Mpc之间的典型长度尺度上。
2021-06-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gradient expansion formalism for magnetogenesis in the kinetic coupling model
为了描述磁致膨胀过程中的动力学耦合模型，我们利用梯度膨胀，这是基于这样一个事实，即只有长波长（超视界）模式进行放大。为此，我们引入一组函数（电磁场与任意数量的空间卷曲的双线性组合）满足一个无限的方程链。除了由于与暴胀子的相互作用而导致的通常的模式增强之外，这些方程还考虑了在暴胀期间相关模式的数量不断增长的事实。截断这条链，我们表明，即使有一个相对较少的方程，它是可能的，以百分之几的准确度在整个膨胀阶段描述的电和磁能密度。我们得出这一结论，不同类型的耦合功能（增加，减少，和非单调）的制度与强烈的反作用，它的情况下。
2020-12-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Magnetogenesis From Extra-dimensional Gauss Bonnet Gravity
在暴胀期间原始磁场的产生通常需要打破电磁作用的共形不变性。在本文中，这已经自然地实现了在一个更高的维度的宇宙模型与高斯-邦纳项的行动。额外维度的标度因子的演化（其动力学受高斯-博内项的影响）是破坏共形不变性的原因。人们研究了不同的情况，每一种情况都以高维数、高斯-邦纳参数值和宇宙学常数为特征。许多被考虑的场景都受到宇宙演化是稳定的、正常维度扩张以及没有因电场增长而产生的反反应等要求的高度限制。然而，确实存在满足上述要求并且非常适合于磁发生的情况。特别是，额外维度的数量$D=4$和宇宙学常数不为零的情况，最适合产生原始磁场。结果表明，对于这些参数值，可以产生$10^{-10}-10^{-9}$ $G$量级的尺度不变磁场。即使在这些最有利的情况下，高维空间在膨胀期间也会以与正常维度相同的速率膨胀。因此，如果一种机制可以冻结更高维度的进化，这似乎是一个可行的机制，以产生可接受的原始磁场。
2013-12-30 astro-ph.CO
Gravitational wave generation in a viable scenario of inflationary magnetogenesis
暴胀过程中产生的磁场是宇宙中观测到的大尺度磁场起源的一个有前途的机制。在几种尝试中，一种流行的模型是暴胀子和电磁场通过耦合函数$f$耦合，导致形式为$f^2 F^{μν} F_{μν}$的拉格朗日密度项。文献中提出了这种模型的一些潜在困难。在我们早期的工作中，我们提出了可行的暴胀磁生模型，它避免了这些问题，同时可以导致天体物理学感兴趣的非螺旋或螺旋磁场。我们的模型需要一个低的能量尺度的通货膨胀和再加热（再加热温度，$T_R < 10^4$ GeV），并产生一个蓝色的电磁（EM）场的光谱峰值周围的地平线规模的再加热。我们在这里表明，与这些电磁场相关的各向异性应力自然源的随机背景的引力波（GW）的频率在几十毫赫兹到毫赫兹的范围内生产。这两个极端的范围可以分别探测脉冲星定时阵列（PTA）的实验和即将到来的激光干涉空间阵列（LISA）。对于产生非螺旋原初场的模型，用$d Ω_{GW}/d \ln k$表示的GW谱能量峰值为$ 10^{-6} $，对于$T_R=100$ GeV的螺旋情形，用$d Ω_{GW}/d \ln k$表示的GW谱能量峰值为$2 \times 10^{-6} $.在这种情况下，对于非螺旋情况，频谱峰值在频率$30 μ$ Hz，对于螺旋情况，频谱峰值在频率$40 μ$ Hz。当电磁能量密度与再加热时的宇宙学密度之比为$ε\sim 1$时得到这些值，并且对于较小的值，这些…
2019-12-27 astro-ph.CO gr-qc
Magnetogenesis from Anisotropic Universe
本研究探讨各向异性膨胀宇宙中磁场的产生，表明小尺度各向异性可生成1-Mpc尺度上约4×10^-20 G的磁场，并解决标准磁发生中的强耦合问题。
2023-11-13 astro-ph.CO hep-th
Super-horizon resonant magnetogenesis during inflation
本研究提出暴胀期间超视界共振磁生成新机制，通过带质量项的规范场与暴胀子耦合实现指数放大，规避反作用禁则，验证了与观测约束的相容性并给出可行参数空间。
2023-04-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Magnetogenesis in Higgs-Starobinsky inflation
在混合Higgs-Starobinsky暴胀的框架下，我们考虑了阿贝尔规范场与引力的非最小耦合（在两种不同的引力公式中--度规和Palatini）的产生。我们耦合规范场不变量$F_{μν}F^{μν}$和$F_{μν}\tilde{F}^{μν}$的标量曲率$R^n$在约旦框架的整数幂，并处理这些相互作用的微扰，切换到爱因斯坦框架，它们导致有效的规范场和暴胀之间的动力学和轴向耦合。我们确定的功率谱，能量密度，相关长度，和螺旋度的非最小耦合常数和参数$n$的不同值所产生的规范场。我们分析估计的频谱指数$n_{B}$的磁功率谱，并表明，对于$n>1$，它是可能的，以获得标度不变的，甚至红色倾斜的频谱范围广泛的模式，这意味着更大的相关长度的产生的领域。另一方面，这些场的大小通常随时间减小，在暴胀结束时变得非常小。因此，在这个模型框架下，很难同时获得大的规范场的量级和关联长度。
2022-12-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary Magnetogenesis in $R^{2}$-Inflation after Planck 2015
本文研究了Starobinsky模型中简单模型$R^2$ -暴胀模型产生的原初磁场.在耦合函数$\left| α\right| \approx 7.44$的相对高的幂指数下实现了尺度不变的保偏光纤。只要暴胀膨胀率$H$等于或小于Planck（$\le 3.6 \times 10^{-5} M_\rm{Pl}$）在de Sitter和幂律展开中所报道的上界，该模型就不会受到反作用问题的影响，这两种展开都显示出类似的结果。我们计算了$R^2$ -膨胀中的再热参数$R_\rm{rad} > 6.888$的下限。根据CMB得到的上限，我们发现磁场和再加热能量密度的上限分别为，$\left(ρ_{B_\rm{end}} \right)_\rm{CMB} < 1.184 \times 10^{-20} M_\rm{Pl}^4$和$\left(ρ_\rm{reh} \right)_\rm{CMB} < 8.480 \times 10^{-22} M_\rm{Pl}^4$。无论是大场暴胀还是小场暴胀，上述结果都远远超过了WMAP 7的下限。通过在${R^2}$ -暴胀的背景下使用Planck暴胀约束，2015，$w _\rm{reh}$的所有可能值的再加热温度和能量密度的上限分别被约束为，$T_\rm{reh} < 4.32 \times 10^{13} \rm{GeV}$和$ρ_\rm{reh}…
2015-05-19 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Magnetic Fields from Inflation and Backreaction
本文研究了暴胀磁生机制中的逆反应问题。在通常的分析中，假设电磁场的反作用一旦变得重要，就会破坏暴胀。然而，这一假设没有任何理由。因此，我们通过考虑反反应来分析暴胀的磁生作用。相反，天真的期望，我们表明，通货膨胀仍然继续，即使在逆反应开始工作。然而，事实证明，由于逆反应，原始磁场的产生被显著抑制。
2009-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Magnetic Fields from the Post-Inflationary Universe
我们探讨宇宙学的磁场发生在后暴胀宇宙，当暴胀子振荡周围的潜在的最小值和宇宙是有效地由冷物质占主导地位。在再加热之前的这个时期，宇宙学背景可以显著地产生大尺度的磁场。通过考虑暴胀期间和暴胀之后的磁生作用，我们证明了在Mpc尺度上可以产生强于10^{-15} G的磁场，而不需要理论上的强耦合，也不需要产生太大的电场来支配宇宙。
2014-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Amplifying quantum discord during inflationary magnetogenesis through violation of parity
本研究考察暴胀期间非共形耦合且宇称破缺的电磁场傅里叶模量子态演化，发现宇称破缺会使一种偏振态的压缩振幅和量子失谐增强、另一种减弱，并指出其与德西特宇宙中带电量子标量场模行为的相似性。
2023-11-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
