The Simplest Inflationary Potentials

要約

インフレーションは初期宇宙で非常に支持されている理論です。
これは、宇宙マイクロ波背景放射や大規模構造の現在の観測と互換性があり、原始重力波の検出の推進力となります。
また、現在のデータの品質を考慮すると、多数の実装候補があり、決定が非常に不十分です。
シンボリック回帰の新しい方法を使用して、演算子の 2 つの可能な基底セットのうちの 1 つについて、可能なすべての単純なスカラー場のポテンシャルを生成します。
これらを単一フィールドのスローロール インフレーション モデルとして扱い、プランク データ内の情報を圧縮する際の効率を定量化する情報理論的指標 (「最小記述長」) でスコア付けします。
ポテンシャルのパラメーター空間に関する 2 つの可能な事前分布を調査します。1 つは関数の構造の複雑さに関連し、もう 1 つは理論的に動機づけられる可能性のある関数を優先するために Katz バックオフ言語モデルを使用するものです。
これにより、プランク データを説明する際に、簡潔さと正確さのバランスが最適に保たれるインフレトン ポテンシャルを特定することができ、その後、理論的な動機が見つかる可能性があります。
私たちの探索的研究は、基礎物理学をデータから直接抽出するための扉を開き、初期宇宙の完全な理解の探求において、より洗練された理論的事前知識によって強化される可能性があります。

要約(オリジナル)

Inflation is a highly favoured theory for the early Universe. It is compatible with current observations of the cosmic microwave background and large scale structure and is a driver in the quest to detect primordial gravitational waves. It is also, given the current quality of the data, highly under-determined with a large number of candidate implementations. We use a new method in symbolic regression to generate all possible simple scalar field potentials for one of two possible basis sets of operators. Treating these as single-field, slow-roll inflationary models we then score them with an information-theoretic metric (‘minimum description length’) that quantifies their efficiency in compressing the information in the Planck data. We explore two possible priors on the parameter space of potentials, one related to the functions’ structural complexity and one that uses a Katz back-off language model to prefer functions that may be theoretically motivated. This enables us to identify the inflaton potentials that optimally balance simplicity with accuracy at explaining the Planck data, which may subsequently find theoretical motivation. Our exploratory study opens the door to extraction of fundamental physics directly from data, and may be augmented with more refined theoretical priors in the quest for a complete understanding of the early Universe.

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