[論文レビュー] Dissipation coefficients for supersymmetric inflatonary models

Ian G. Moss, Chun Xiong|ArXiv.org|Mar 31, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 38

ひとこと要約

この論文は、重い中間粒子を介した二段階崩壊過程（φ → χ → yy）を伴う超対称インフレートンモデルにおける散逸係数を計算し、低温領域で熱平衡下においてはT³に比例することを示している。結果は、中程度の結合定数においても温いインフレーションが成立可能であることを確認しており、散逸効果が真空中のフラクチュエーションを上回り、熱的初期摂動を支えるのに十分であることを示している。

ABSTRACT

Dissipative effects can lead to a friction term in the equation of motion for an inflaton field during the inflationary era. The friction term may be linear and localised, in which case it is described by a dissipation coefficient. The dissipation coefficient is calculated here in a supersymmetric model with a two stage decay process in which the inflaton decays into a thermal gas of light particles through a heavy intermediate. At low temperatures, the dissipation coefficient $\propto T^3$ in a thermal approximation. Results are also given for a non-equilibrium anzatz. The dissipation coefficient is consistent with a warm inflationary regime for moderate ($\sim 0.1$) values of the coupling constants.

研究の動機と目的

• 重い中間粒子を含む二段階崩壊過程を伴う超対称インフレートンモデルにおける散逸係数を導出すること。
• 散逸効果がインフレーション期に温いインフレーション的状態に至るかどうかを評価すること。
• 散逸係数が熱平衡および非平衡状態の両条件下で一貫しているかどうかを評価すること。
• 特に結合定数と温度のパラメータ領域において、超対称モデルで温いインフレーションが成立する条件を特定すること。

提案手法

• インフレートン自己エネルギーの虚部から散逸係数を計算するために、シュヴィンガー＝ケルディッシュ形式を用いる。
• χを重い中間粒子とし、yを軽い最終状態粒子とする、崩壊過程φ → χ → yyをモデル化する。
• 有限温度プロパゲーターとKubo-Martin-Schwinger関係式を含む、熱場理論の技術を適用する。
• 熱平衡および非平衡のアンザッツの両方で散逸係数を評価する。
• Kobes-Semenoffの規則と周期的境界条件を用いて、スペクトル密度および自己エネルギー成分を計算する。
• 特に低温領域（T ≲ m_χ）における散逸係数の温度依存性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二段階崩壊を伴う超対称インフレートンモデルにおける散逸係数の温度依存性は何か？
• RQ2 中程度の結合定数において、散逸係数が温いインフレーション的状態を支えることができるか？
• RQ3 熱補正および緩和時間は、超対称モデルにおける温いインフレーションの成立可能性にどのように影響するか？
• RQ4 重い中間粒子χが散逸を媒介し、インフレーション期における放射エネルギー生成を可能にする役割は何か？
• RQ5 非平衡アンザッツは、熱的近似と比較して散逸係数の大きさと挙動にどのように影響するか？

主な発見

• 熱的近似下で低温領域では散逸係数がT³に比例することが示され、インフレートンから熱的バスタにエネルギーが顕著に移動していることを示している。
• 結合定数が約∼0.1のオーダーである限り、散逸係数は温いインフレーション的状態と整合的であり、インフレーション期に熱的支配が成立することを支持している。
• 二段階崩壊過程（φ → χ → yy）により、最終状態粒子が軽くても、中間の重い粒子のおかげで崩壊幅が増大し、効率的なエネルギー移動が可能になる。
• インフレートンポテンシャルの熱補正は、インフレーションに必要な小さな勾配を満たしており、熱化時間がハッブル時定数より短い限り成立する。
• 指数型プロパゲーターは標準的プロパゲーターと比較してより強い散逸を引き起こし、温いインフレーションの成立するパラメータ空間を広げている。
• 非平衡計算でも同様の定性的な挙動が得られ、温いインフレーションのダイナミクスが厳密な熱平衡仮定を超えて頑健であることが示唆されている。