Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Quantum recoherence in the early universe

Published 19 Dec 2022 in gr-qc, astro-ph.CO, and hep-th | (2212.09486v2)

Abstract: Despite being created through a fundamentally quantum-mechanical process, cosmological structures have not yet revealed any sign of genuine quantum correlations. Among the obstructions to the direct detection of quantum signatures in cosmology, environmental-induced decoherence is arguably one of the most inevitable. Yet, we discover a mechanism of quantum recoherence for the adiabatic perturbations when they couple to an entropic sector. After a transient phase of decoherence, a turning point is reached, recoherence proceeds and adiabatic perturbations exhibit a large amount of self-coherence at late-time. This result is also understood by means of a non-Markovian master equation, which reduces to Wilsonian effective-field theory in the unitary limit. This allows us to critically assess the validity of open-quantum-system methods in cosmology and to highlight that re(de)coherence from linear interactions has no flat-space analogue.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (123)
  1. A. A. Starobinsky, JETP Lett. 30, 682 (1979), [Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz.30,719(1979)].
  2. A. H. Guth, Phys. Rev. D23, 347 (1981).
  3. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B91, 99 (1980).
  4. K. Sato, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 195, 467 (1981).
  5. V. F. Mukhanov and G. V. Chibisov, JETP Lett. 33, 532 (1981), [Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz.33,549(1981)].
  6. A. H. Guth and S. Y. Pi, Phys. Rev. Lett. 49, 1110 (1982).
  7. A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48, 1220 (1982).
  8. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B117, 175 (1982).
  9. S. W. Hawking, Phys. Lett. B115, 295 (1982).
  10. A. D. Linde, Phys. Lett. B129, 177 (1983).
  11. J. M. Bardeen, P. J. Steinhardt, and M. S. Turner, Phys. Rev. D28, 679 (1983).
  12. V. F. Mukhanov, Sov.Phys.JETP 67, 1297 (1988).
  13. R. Brandenberger and P. Peter, Found. Phys. 47, 797 (2017), arXiv:1603.05834 [hep-th] .
  14. I. Agullo and P. Singh, arXiv e-prints , arXiv:1612.01236 (2016), arXiv:1612.01236 [gr-qc] .
  15. D. Campo and R. Parentani, Phys. Rev. D 74, 025001 (2006), arXiv:astro-ph/0505376 .
  16. J. Martin and V. Vennin, Phys. Rev. D93, 023505 (2016a), arXiv:1510.04038 [astro-ph.CO] .
  17. J. Maldacena, Fortsch. Phys. 64, 10 (2016), arXiv:1508.01082 [hep-th] .
  18. J. Martin and V. Vennin, Phys. Rev. A93, 062117 (2016b), arXiv:1605.02944 [quant-ph] .
  19. J. Martin and V. Vennin, Phys. Rev. A94, 052135 (2016c), arXiv:1611.01785 [quant-ph] .
  20. S. Kanno, J. P. Shock, and J. Soda, Phys. Rev. D 94, 125014 (2016), arXiv:1608.02853 [hep-th] .
  21. S. Choudhury, S. Panda, and R. Singh, Eur. Phys. J. C 77, 60 (2017), arXiv:1607.00237 [hep-th] .
  22. J. Martin and V. Vennin, Phys. Rev. D96, 063501 (2017), arXiv:1706.05001 [astro-ph.CO] .
  23. D. Green and R. A. Porto, Phys. Rev. Lett. 124, 251302 (2020), arXiv:2001.09149 [hep-th] .
  24. K. Ando and V. Vennin, Phys. Rev. A 102, 052213 (2020), arXiv:2007.00458 [quant-ph] .
  25. L. Espinosa-Portalés and V. Vennin, JCAP 07 (07), 037, arXiv:2203.03505 [quant-ph] .
  26. A. Micheli and P. Peter,   (2022), arXiv:2211.00182 [gr-qc] .
  27. R. H. Brandenberger, R. Laflamme, and M. Mijic, Mod. Phys. Lett. A 5, 2311 (1990).
  28. R. H. Brandenberger, V. F. Mukhanov, and T. Prokopec, Phys. Rev. Lett. 69, 3606 (1992), arXiv:astro-ph/9206005 .
  29. F. C. Lombardo and D. Lopez Nacir, Phys. Rev. D 72, 063506 (2005), arXiv:gr-qc/0506051 .
  30. P. Martineau, Class. Quant. Grav. 24, 5817 (2007), arXiv:astro-ph/0601134 .
  31. C. P. Burgess, R. Holman, and D. Hoover, Phys. Rev. D 77, 063534 (2008), arXiv:astro-ph/0601646 .
  32. T. Prokopec and G. I. Rigopoulos, JCAP 11, 029, arXiv:astro-ph/0612067 .
  33. C. Kiefer and D. Polarski, Adv. Sci. Lett. 2, 164 (2009), arXiv:0810.0087 [astro-ph] .
  34. E. Nelson, JCAP 03, 022, arXiv:1601.03734 [gr-qc] .
  35. T. J. Hollowood and J. I. McDonald, Phys. Rev. D 95, 103521 (2017), arXiv:1701.02235 [gr-qc] .
  36. J. Martin and V. Vennin, JCAP 05, 063, arXiv:1801.09949 [astro-ph.CO] .
  37. J. Martin and V. Vennin, JCAP 06, 037, arXiv:1805.05609 [astro-ph.CO] .
  38. S. Kanno, J. Soda, and J. Tokuda, Phys. Rev. D 103, 044017 (2021), arXiv:2007.09838 [hep-th] .
  39. J. Martin, A. Micheli, and V. Vennin, JCAP 04 (04), 051, arXiv:2112.05037 [quant-ph] .
  40. A. Daddi Hammou and N. Bartolo,   (2022), arXiv:2211.07598 [astro-ph.CO] .
  41. W. H. Zurek, Phys. Rev. D 24, 1516 (1981).
  42. W. H. Zurek, Phys. Rev. D 26, 1862 (1982).
  43. E. Joos and H. Zeh, Z. Phys. B 59, 223 (1985).
  44. D. Campo and R. Parentani, Phys. Rev. D 78, 065044 (2008a), arXiv:0805.0548 [hep-th] .
  45. D. Campo and R. Parentani, Phys. Rev. D 78, 065045 (2008b), arXiv:0805.0424 [hep-th] .
  46. C. Anastopoulos and B. L. Hu, Class. Quant. Grav. 30, 165007 (2013), arXiv:1305.5231 [gr-qc] .
  47. M. Fukuma, Y. Sakatani, and S. Sugishita, Phys. Rev. D 89, 064024 (2014), arXiv:1305.0256 [hep-th] .
  48. G. Kaplanek and C. P. Burgess, JHEP 01, 098, arXiv:2007.05984 [hep-th] .
  49. G. Kaplanek and C. P. Burgess, Journal of High Energy Physics 2020, 8 (2020), arXiv:1912.12951 [hep-th] .
  50. S. Brahma, A. Berera, and J. Calderón-Figueroa, Class. Quant. Grav. 39, 245002 (2022a), arXiv:2107.06910 [hep-th] .
  51. C. P. Burgess, R. Holman, and G. Kaplanek, Fortsch. Phys. 2022, 2200019 (2021), arXiv:2106.10804 [hep-th] .
  52. S. Brahma, A. Berera, and J. Calderón-Figueroa, JHEP 08, 225, arXiv:2206.05797 [hep-th] .
  53. S. Shandera, N. Agarwal, and A. Kamal, Phys. Rev. D 98, 083535 (2018), arXiv:1708.00493 [hep-th] .
  54. G. Kaplanek and E. Tjoa,   (2022), arXiv:2207.13750 [quant-ph] .
  55. T. Colas, J. Grain, and V. Vennin, Eur. Phys. J. C 82, 1085 (2022a), arXiv:2209.01929 [hep-th] .
  56. S. Cespedes, V. Atal, and G. A. Palma, JCAP 05, 008, arXiv:1201.4848 [hep-th] .
  57. X. Tong, Y. Wang, and S. Zhou, JCAP 11, 045, arXiv:1708.01709 [astro-ph.CO] .
  58. L. Pinol, JCAP 04, 002, arXiv:2011.05930 [astro-ph.CO] .
  59. S. Jazayeri and S. Renaux-Petel,   (2022), arXiv:2205.10340 [hep-th] .
  60. N. Turok, Phys. Rev. Lett. 60, 549 (1988).
  61. T. Damour and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 53, 2981 (1996), arXiv:hep-th/9503149 .
  62. A. Krause and E. Pajer, JCAP 07, 023, arXiv:0705.4682 [hep-th] .
  63. X. Chen and Y. Wang, JCAP 04, 027, arXiv:0911.3380 [hep-th] .
  64. A. J. Tolley and M. Wyman, Phys. Rev. D 81, 043502 (2010), arXiv:0910.1853 [hep-th] .
  65. X. Chen and Y. Wang, JCAP 09, 021, arXiv:1205.0160 [hep-th] .
  66. S. Pi and M. Sasaki, JCAP 10, 051, arXiv:1205.0161 [hep-th] .
  67. D. Baumann and L. McAllister, Inflation and String Theory, Cambridge Monographs on Mathematical Physics (Cambridge University Press, 2015) arXiv:1404.2601 [hep-th] .
  68. G. Shiu and J. Xu, Phys. Rev. D 84, 103509 (2011), arXiv:1108.0981 [hep-th] .
  69. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  70. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020a), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
  71. D. J. Eisenstein et al. (SDSS), Astrophys. J. 633, 560 (2005), arXiv:astro-ph/0501171 .
  72. T. Delubac et al. (BOSS), Astron. Astrophys. 574, A59 (2015), arXiv:1404.1801 [astro-ph.CO] .
  73. C. Doux et al. (DES), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 515, 1942 (2022), arXiv:2203.07128 [astro-ph.CO] .
  74. H. P. Breuer and F. Petruccione, The theory of open quantum systems (Oxford University Press, 2002).
  75. T. S. Bunch and P. C. W. Davies, Proc. Roy. Soc. Lond. A360, 117 (1978).
  76. R. Simon, E. C. G. Sudarshan, and N. Mukunda, Phys. Rev. A 36, 3868 (1987a).
  77. R. Simon, E. Sudarshan, and N. Mukunda, Physics Letters A 124, 223 (1987b).
  78. T. Colas, J. Grain, and V. Vennin, Eur. Phys. J. C 82, 6 (2022b), arXiv:2104.14942 [quant-ph] .
  79. P. Ehrenfest, Zeitschrift für Physik 45, 455 (1927).
  80. D. Werth, L. Pinol, and S. Renaux-Petel,   (2023), arXiv:2302.00655 [hep-th] .
  81. R. N. Raveendran and S. Chakraborty,   (2023), arXiv:2302.02584 [astro-ph.CO] .
  82. E. Pajer, F. Schmidt, and M. Zaldarriaga, Phys. Rev. D88, 083502 (2013), arXiv:1305.0824 [astro-ph.CO] .
  83. Z. Kenton and D. J. Mulryne, JCAP 1510 (10), 018, arXiv:1507.08629 [astro-ph.CO] .
  84. A. Serafini, F. Illuminati, and S. De Siena, J. Phys. B 37, L21 (2004), arXiv:quant-ph/0307073 .
  85. M. Walschaers, PRX Quantum 2, 030204 (2021), arXiv:2104.12596 [quant-ph] .
  86. J. Martin, A. Micheli, and V. Vennin,   (2022b), arXiv:2211.10114 [quant-ph] .
  87. G. Adesso, S. Ragy, and A. R. Lee, arXiv e-prints , arXiv:1401.4679 (2014), arXiv:1401.4679 [quant-ph] .
  88. R. N. Raveendran, K. Parattu, and L. Sriramkumar, Gen. Rel. Grav. 54, 91 (2022), arXiv:2206.05760 [astro-ph.CO] .
  89. D. H. Lyth, K. A. Malik, and M. Sasaki, JCAP 0505, 004, arXiv:astro-ph/0411220 [astro-ph] .
  90. R. Feynman and F. Vernon, Annals of Physics 24, 118 (1963).
  91. A. Caldeira and A. Leggett, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 121, 587 (1983).
  92. B. L. Hu, J. P. Paz, and Y. Zhang, Phys. Rev. D 45, 2843 (1992).
  93. B. L. Hu and A. Matacz, Phys. Rev. D 49, 6612 (1994), arXiv:gr-qc/9312035 .
  94. J. Eisert and M. B. Plenio, Phys. Rev. Lett. 89, 137902 (2002), arXiv:quant-ph/0111016 .
  95. C. P. Burgess, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 57, 329 (2007), arXiv:hep-th/0701053 .
  96. D. Boyanovsky, Phys. Rev. D92, 023527 (2015), arXiv:1506.07395 [astro-ph.CO] .
  97. D. Boyanovsky, Phys. Rev. D 93, 043501 (2016), arXiv:1511.06649 [astro-ph.CO] .
  98. D. Boyanovsky, Phys. Rev. D 98, 023515 (2018), arXiv:1804.07967 [astro-ph.CO] .
  99. S. Prudhoe and S. Shandera,   (2022), arXiv:2201.07080 [quant-ph] .
  100. S. Cao and D. Boyanovsky,   (2022), arXiv:2212.05161 [astro-ph.CO] .
  101. C. Burgess, R. Holman, and G. Tasinato, JHEP 01, 153, arXiv:1512.00169 [gr-qc] .
  102. G. Kaplanek, C. P. Burgess, and R. Holman, JHEP 08, 132, arXiv:2106.10803 [hep-th] .
  103. G. Lindblad, Commun. Math. Phys. 48, 119 (1976).
  104. N. G. Van Kampen, Physica 74, 215 (1974a).
  105. N. G. Van Kampen, Physica 74, 239 (1974b).
  106. H.-P. Breuer, A. Ma, and F. Petruccione, arXiv e-prints , quant-ph/0209153 (2002), arXiv:quant-ph/0209153 [quant-ph] .
  107. S. Weinberg, Phys. Rev. D 74, 023508 (2006), arXiv:hep-th/0605244 .
  108. P. Adshead, R. Easther, and E. A. Lim, Phys. Rev. D 80, 083521 (2009), arXiv:0904.4207 [hep-th] .
  109. X. Chen, Y. Wang, and Z.-Z. Xianyu, JCAP 12, 006, arXiv:1703.10166 [hep-th] .
  110. E. Dimastrogiovanni, M. Fasiello, and L. Pinol, JCAP 09, 031, arXiv:2203.17192 [astro-ph.CO] .
  111. D. Green and A. Premkumar, JHEP 04, 064, arXiv:2001.05974 [hep-th] .
  112. R. S. Whitney, Journal of Physics A Mathematical General 41, 175304 (2008), arXiv:0711.0074 [quant-ph] .
  113. L. Diósi and L. Ferialdi, Physical Review Letters 113, 10.1103/physrevlett.113.200403 (2014).
  114. L. Ferialdi, Physical Review Letters 116, 10.1103/physrevlett.116.120402 (2016).
  115. A. Berera and J. Calderón-Figueroa, Phys. Rev. D 105, 123033 (2022), arXiv:2205.11816 [quant-ph] .
  116. G. L. Pimentel and D.-G. Wang,   (2022), arXiv:2205.00013 [hep-th] .
  117. D.-G. Wang, G. L. Pimentel, and A. Achúcarro,   (2022), arXiv:2212.14035 [astro-ph.CO] .
  118. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A9 (2020b), arXiv:1905.05697 [astro-ph.CO] .
  119. W. Riquelme et al.,   (2022), arXiv:2209.07187 [astro-ph.CO] .
  120. J. Lesgourgues, D. Polarski, and A. A. Starobinsky, Nucl. Phys. B497, 479 (1997), arXiv:gr-qc/9611019 [gr-qc] .
  121. S. Wenderoth, H.-P. Breuer, and M. Thoss,   (2022), arXiv:2211.17149 [quant-ph] .
  122. D. Ghosh, A. H. Singh, and F. Ullah,   (2022), arXiv:2207.06430 [hep-th] .
  123. H. Poincaré, Acta Mathematica 13, 1 (1890).
Citations (16)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 4 likes about this paper.

Sign Up for Free