[論文レビュー] Constraints on holographic multi-field inflation

Ana Achúcarro, Sebastián Céspedes+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、ホログラフィック多スカラーインフレーションにおいて、場の数、幾何構造、軌道の形にかかわらず、追加のスカラー場が過減衰振動を示すことはできないことを確立している。この結果は、動的質量の普遍的上限 m ≤ 3H/2（スローロール補正を含む）を示唆し、非ガウス性バイスペクトルにおける振動的パターンの検出は、単一場インフレーションだけでなく、ホログラフィックインフレーションモデルの全クラスをも排他的に排除することを意味する。

ABSTRACT

In holographic inflation, the $4D$ dynamics is postulated to be dual to the renormalization group flow of a $3D$ Euclidean conformal field theory with marginally relevant operators. The scalar potential of the $4D$ theory ---in which inflation is realized--- is highly constrained, with use of the Hamilton--Jacobi equations. In multi-field holographic realizations of inflation, fields additional to the inflaton cannot display underdamped oscillations (that is, their wavefunctions contain no oscillatory phases independent of the momenta). We show that this result is exact, independent of the number of fields, the field space geometry and the shape of the inflationary trajectory followed in multi-field space. In the specific case where the multi-field trajectory is a straight line or confined to a plane, it can be understood as the existence of an upper bound on the dynamical masses $m$ of extra fields of the form $m \leq 3 H / 2$ up to slow roll corrections. This bound corresponds to the analytic continuation of the well known Breitenlohner--Freedman bound found in AdS spacetimes in the case when the masses are approximately constant. The absence of underdamped oscillations implies that a detection of cosmological collider oscillatory patterns in the non-Gaussian bispectrum would not only rule out single field inflation, but also holographic inflation or any inflationary model based on the Hamilton--Jacobi equations. Hence, future observations have the potential to exclude, at once, an entire class of inflationary theories, regardless of the details involved in their model building.

研究の動機と目的

• 多スカラーホログラフィックインフレーションモデルにおける追加スカラー場の動的制約を調査すること。
• ホログラフィックインフレーションの文脈において、追加の場が過減衰振動を示すことができるかどうかを特定すること。
• 多スカラーインフレーションのシナリオにおける追加場の動的質量の普遍的上限を導出すること。
• これらの制約が非ガウス性バイスペクトルにおける振動的特徴の検出に与える観測的意味を評価すること。
• 宇宙コライダー観測で振動的パターンが検出されれば、ホログラフィックインフレーションモデルが普遍的に排他的に排除されることを確立すること。

提案手法

• 4次元ホログラフィックインフレーションモデルにおけるスカラー・ポテンシャルを制約するため、ハミルトニアン・ジャコビ形式を適用すること。
• 場の数や幾何構造に依存しない、場空間内での多スカラー軌道のダイナミクスを分析すること。
• 運動量に依存しない振動的位相の不在を根拠に、追加スカラー場における過減衰振動の不在を導出すること。
• 直線的または平面的軌道の場合、追加場の質量には m ≤ 3H/2 の上限が存在し、スローロール補正を含む。
• AdS時空からde Sitterに近いインフレーション的背景へのブレーテンローナー＝フリードマン限界の解析接続を結びつけること。
• ハミルトニアン・ジャコビ方程式の構造を用いて、この結果が場の空間的配置に依存せず、正確かつモデルに依存しないことを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホログラフィック多スカラーインフレーションにおける追加スカラー場は、過減衰振動を示すことができるか？
• RQ2 ホログラフィックインフレーションモデルにおける追加スカラー場の動的質量の普遍的上限は何か？
• RQ3 過減衰振動の不在が、非ガウス性バイスペクトルにおける宇宙コライダー信号の検出可能性に与える影響は何か？
• RQ4 追加場のダイナミクスに対する制約は、場の空間幾何構造や軌道形状にどれほど依存しないか？
• RQ5 非ガウス性バイスペクトルにおける振動的パターンの検出は、ホログラフィックインフレーションモデルを普遍的に排他的に排除できるか？

主な発見

• ホログラフィック多スカラーインフレーションにおける追加スカラー場は、場の数、場の空間幾何構造、軌道形状にかかわらず、過減衰振動を示すことはできない。
• 過減衰振動の不在は、近似に依存しないハミルトニアン・ジャコビ形式から導かれる正確な結果である。
• 直線的または平面的軌道の場合、追加場の動的質量は m ≤ 3H/2 に制限され、スローロール補正を含む。
• この質量上限は、AdS時空からde Sitterに近いインフレーション的背景へのブレーテンローナー＝フリードマン限界の解析接続に対応する。
• 将来的に非ガウス性バイスペクトルにおける振動的パターンが検出されれば、ホログラフィックインフレーションモデルだけでなく、ハミルトニアン・ジャコビ方程式に基づくいかなるモデルに対しても排他的に排除されることを意味する。
• この結果は、宇宙コライダー実験が、一度の観測で一連のインフレーション理論を排除する可能性を秘めていることを示唆する。