[論文レビュー] D-branes and cosmic structure

D. WILLS, Konstantinos Dimopoulos+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、D-braneのベクトル場が重力的粒子生成を通じて原始的曲率摂動を生成するType IIB超弦理論におけるベクトルカーヴァトンのシナリオを埋め込むことを提案する。ゲージカイネティック関数と質量を $ f \propto a(t)^{-4} $ および $ m \propto a(t) $ と調整することで、モデルは超視界摂動のスケール不変スペクトルを生成し、オープンおよびクローズドストリングインフレーションの両方の文脈で、宇宙構造形成に実現可能なものを可能にする。

ABSTRACT

We outline the embedding of the vector curvaton scenario as a promising mechanism to generate statistical anisotropy within Type IIB string theory, where the vector field on a single D-brane plays the role of the vector curvaton. We first consider a toy model in the context of open string inflation, and then begin to construct a concrete model in the context of closed string inflation.

研究の動機と目的

• Type IIB超弦理論におけるD-braneのベクトル場が、インフレーションを駆動せずに原始的密度揺らぎを生成できるかどうかを検討すること。
• 超弦理論的設定におけるベクトルカーヴァトン機構を通じて、宇宙背景放射に統計的非等方性を実現可能かどうかを調査すること。
• D7-braneを用いたクローズドストリングインフレーションにおいて、ブレーン上のベクトル場がカーヴァトンとして機能する、明確なモデルを構築すること。
• 得られる摂動スペクトルがスケール不変であり、CMB観測と整合することを保証すること。
• 質量とゲージカイネティック関数の必要とされるスケーリングが、安定化されたモジュールを伴う一貫性のある超弦コンactificationで実現可能かどうかを検証すること。

提案手法

• D-brane上の時間に依存するゲージカイネティック関数 $ f $ と質量 $ m $ を持つ質量のあるアーベルゲージ場の有効ラグランジアンを、DBIおよびWess-Zumino作用に基づいて定式化する。
• FRW背景における均一なベクトル場とその量子摂動の運動方程式を導出し、正準化された物理的場 $ W = \sqrt{f}A/a $ を特定する。
• 運動量空間におけるモード方程式を用いて、ベクトル場摂動の横方向および縦方向の偏光モードの超視界パワー スペクトルを計算する。
• CMB観測が要求するスケール不変スペクトルを達成するために、スケーリング条件 $ m \propto a(t) $ および $ f \propto a(t)^{-4} $ を課す。
• インフレーション場とベクトル場のダイナミクスをクローズドストリングインフレーションの文脈で分析し、背後に及ぶ反作用が無視可能で、インフレーション場 $ \chi \propto a(t)^{-3} $ がゆっくりと変化すると仮定する。
• D7-braneのワールドボリューム作用に基づき、$ f = \tau $ および $ m \propto \tau^{-1/4} $ とすることで、$ f \propto a(t)^{-4} $ のスケーリングが実現可能であることを検証する。ここで $ \tau $ はD7-braneの体積モジュールである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Type IIB超弦理論におけるD-braneのベクトル場は、重力的粒子生成を通じてスケール不変な曲率摂動スペクトルを生成できるか？
• RQ2 ベクトルカーヴァトンが観測的に実現可能なスペクトルを生成するためには、ゲージカイネティック関数 $ f $ とベクトル場質量 $ m $ がどのようなスケーリング行動を示す必要があるか？
• RQ3 D7-braneを用いた具体的なクローズドストリングインフレーションモデルにおいて、$ f \propto a(t)^{-4} $ および $ m \propto a(t) $ のスケーリングを実現可能か？
• RQ4 ベクトル場がインフレーション場に及ぼす反作用は、超弦コンactificationにおけるカーヴァトンシナリオの実現可能性にどのように影響するか？
• RQ5 インフレーション場 $ \chi \propto a(t)^{-3} $ の必要な場の範囲は、安定化されたモジュールを伴う現実的なコンactificationで実現可能か？

主な発見

• D-brane上のベクトル場を用いたベクトルカーヴァトンシナリオは、Type IIB超弦理論で実現可能であり、オープンストリングインフレーションの玩具的モデルとしてD3-brane上のベクトル場が用いられる。
• クローズドストリングインフレーションにおけるD7-braneでは、ゲージカイネティック関数 $ f = \tau $ および質量 $ m \propto \tau^{-1/4} $ が、$ f \propto a(t)^{-4} $ および $ m \propto a(t) $ を満たし、スケール不変スペクトルの条件を満たす。
• 超視界パワー スペクトルが $ f \propto a(t)^{-4} $ および $ m \propto a(t) $ のとき、横方向および縦方向のモードともにスケール不変であることが判明し、CMB観測が要求する条件を満たす。
• モデルはインフレーション場 $ \chi $ が $ \chi \propto a(t)^{-3} $ とスケーリングすることを要請し、これはゆっくりと変化するポテンシャルと背後に及ぶ反作用が無視可能なことと整合する。
• 初期条件は $ \dot{\chi}_0 \lesssim -3H_0\chi_0 $ および $ \chi_0 \ll \sqrt{2/3} $ を満たす必要があり、プランクスケール未満の初期値と十分な場の範囲を確保する。
• モデルは、安定化された $ \chi $ の値が小さく、場の進化が指数関数的減衰 $ \chi \propto e^{-3Ht} $ に支配される場合にのみ実現可能であり、初期条件とモジュール安定化の精密な調整が必要である。