[論文レビュー] $\alpha $-Attractors: Planck, LHC and Dark Energy

John Joseph M. Carrasco, Рената Каллош+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 33被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、対数的ケーラー・ポテンシャル、ニルポテンシャル・ゴールドスティーノ場、および自発的破れを伴う超対称性を有する一般化された $\alpha$-アトラクターに基づく、インフレーションおよびダークエネルギーの四パラメータ超対称重力モデルを開発する。宇宙論的観測量である $n_s$、$r$、および宇宙定数 $\Lambda$ がプランク測定値に一致する一方で、ニュートリノ質量 $m_{3/2}$ と $r$ が自由パラメータとして残ることを示し、これはLHCおよび将来のBモード実験からの直接的制約を可能にする。

ABSTRACT

We develop four-parameter supergravity models of inflation and dark energy, constrained so that ${\\delta\ ho\\over \ ho}$, $n_s$ and the cosmological constant $\\Lambda $ take their known observable values, but where the mass of gravitino $m_{3/2}$ and the tensor-to-scalar ratio $r$ are free parameters. We focus on generalized cosmological $\\alpha$-attractor models, with logarithmic Kahler potentials, a nilpotent goldstino and spontaneously broken supersymmetry at the de Sitter minimum. The future data on B-modes will specify the parameter $\\alpha$, measuring the geometry of the Kahler, manifold. The string landscape idea for dark energy is supported in these models via an incomplete cancellation of the universal positive goldstino and negative gravitino contribution. The scale of SUSY breaking M related to the mass of gravitino in our models is a controllable parameter, independent on the scale of inflation, it will be constrained by LHC data and future collider Energy-frontier experiments.

研究の動機と目的

• Planck測定による $n_s$ および $r$ と観測された宇宙定数に整合するインフレーションおよびダークエネルギーの超対称重力モデルを構築すること。
• インフレーションスケールとは独立して、ニルポテンシャル・ゴールドスティーノ multiplet を用いた制御可能な超対称性破れを組み込むこと。
• 将来のBモード偏光実験およびLHCによるニュートリノ質量のデータから、$\alpha$-パラメータの制約を可能にするようにすること。
• $\alpha$-アトラクターを、自発的SUSY破れを伴う de Sitter 真空およびインフレーションの安定した初期条件を含む形に一般化すること。
• ダークエネルギーのための文字列ランドスケープの考えを、観測可能な宇宙論的および素粒子物理学的データと結びつける統一的枠組みを提供すること。

提案手法

• ケーラー・ポテンシャル $K = -3\alpha \ln(T + \bar{T})$ を持つ一般化された $\alpha$-アトラクター・モデルを用いる。ここで $\alpha$ はケーラー多様体の曲率を制御する。
• インフレーションのシフト対称性を保証し、超ポテンシャルの再構築を簡略化するために、キリング適応形のケーラー・ポテンシャルを採用する。
• 任意の所望のインフレーション・ポテンシャル $\mathcal{F}^2(\varphi)$ から、$f'(\varphi) = \mathcal{F}(\varphi)$ を満たすように、超ポテンシャル $W = (S + 1/b)f(\Phi)$ を再構築する方法を適用する。
• 第二のモデルクラスとして $W = g(\varphi) + Sf(\varphi)$ を導入し、アトラクター行動を維持するとともに、SUSY破れスケール $M$ の独立した制御を可能にする。
• ニルポテンシャル超多重 $S$ を用いて、特に $\alpha > 0.2$ の場合に、インフレーション方向および直交するモジュール $\vartheta$ を幾何的項によって安定化する。
• 宇宙定数およびニュートリノ質量がインフレーションスケールから分離されており、独立した物性論的制約が可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 制御可能な超対称性破れスケールおよび小さな宇宙定数を含むように $\alpha$-アトラクター・モデルを一般化可能か？ また、プランク測定値との整合性は保たれるか？
• RQ2 ケーラー・ポテンシャルにおけるパラメータ $\alpha$ はケーラー多様体の幾何学的性質および $n_s$ と $r$ の予測にどのように関係するか？
• RQ3 ニルポテンシャル・ゴールドスティーノ多重が、追加の安定化項なしにインフレーション中およびde Sitter最小値でモジュールを安定化可能か？
• RQ4 アトラクター機構は、SUSY破れおよびダークエネルギー寄与の下でも、インフレーション予測のロバスト性をどのように保証するか？
• RQ5 将来のLHCおよびBモード実験は、これらのモデルにおけるニュートリノ質量および $\alpha$-パラメータをどのように制約するか？

主な発見

• モデルは $n_s \approx 1 - 2/N$ および $r \approx 3\alpha \times 10^{-3}$（$\alpha \lesssim O(10)$）に対してプランクデータと整合する。$r$ は $\alpha$ に線形に比例する。
• $\alpha = 1/3$ の場合、モデルは $r \approx 10^{-3}$ を予測し、CORE宇宙ミッションの目標およびユニット半径のエッシャー・ディスク幾何学と整合する。
• ニュートリノ質量 $m_{3/2}$ はインフレーションスケールとは独立しており、$M \sim (10^{-13} - 10^{-14})M_p$ の範囲で非常に小さくなる可能性があり、LHCでの発見可能性と整合する。
• $M \gg 100-1000$ TeV の場合、LHCで超対称性が観測されない場合でもモデルは有効であり、高スケールSUSY破れに対してロバストであることが示された。
• de Sitter最小値は、一定幅かつ深さの谷として安定化され、未破れSUSYの場合と同様にインフレーションの初期条件問題を解決する。
• 文字列ランドスケープのアイデアは、正のゴールドスティーノ寄与と負のニュートリノ寄与の不完全なキャンセルを通じて支持され、微小な正の $\Lambda$ を生じる。