[論文レビュー] Dynamical Generation of the Weak Scale and Inflation in High-Scale Supersymmetry

Sibo Zheng|arXiv (Cornell University)|May 12, 2014

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、高エネルギースケールでの超対称性（SUSY）の破れが、弱いスケールと二次的ポテンシャルを伴う混沌的インフレーションを同時に説明できることを提案している。インフレートン質量がソフトSUSY質量と関連づけられ、BICEP2の観測結果 r ≈ 0.16 および ns ≈ 0.96 が、微調整された対称性や不自然なパラメータを必要とせずにこの枠組みと整合することを示している。

ABSTRACT

Combination of Plank and BICEP2 data reported that tensor to scalar ratio $r\simeq 0.16$ and scalar spectral index $n_{s}\simeq 0.96$. In this short note, it is shown that chaotic inflation with quadratic potential, which perfectly accounts for present fit to $r$ and $n_s$, and relatively heavy Higgs mass for fine-tuned MSSM, are both suggested to be consequences of high-scale supersymmetry (SUSY) breaking. Following this idea, we find that inflaton mass is of same order as soft mass, flatness of inflation potential doesn't need a shift symmetry, and scale of inflation energy density automatically agrees with SUSY-breaking scale. A simple realization of such high-scale SUSY breaking, in which inflaton with tri-linear superpotential serves as {\it modulus}, is discussed in terms of ISS-like model.

研究の動機と目的

• BICEP2とPlanckの観測から得られたテンソル対スカラー比 r ≈ 0.16 およびスカラースペクトル指数 ns ≈ 0.96 を、弱いスケールの動的起源と統合する。
• 二次的ポテンシャルと超プランクスケールのインフレートン場の変位を伴う混沌的インフレーションが、高エネルギーSUSY破れから自然に生じることを示す。
• インフレーションのエネルギースケールとSUSY破れスケールが、同一の枠組み内で動的に統一されることを示す。
• インフレートンをモジュラス場として特定する、ISS型SUSY破れセクターを用いた具体的なモデル実装を構築する。

提案手法

• インフレートン質量がソフトSUSY質量と同程度のオーダーであると仮定し、インフレーションポテンシャルの安定化にシフト対称性を必要としない。
• Lythの限界を用いて、r ≈ 0.16 を達成するには、超プランクスケールのインフレートン場の変位（Δφ/M_P ≳ 1）が必要であると推論する。
• 二次的ポテンシャル V = ½m²ϕ² を用いて、PlanckとBICEP2の統合データにフィットさせ、ε_V ≈ 0.01 および η_V ≈ 0.01 を得る。
• インフレートンを、三重線形超ポテンシャル W = κϕϕiϕj を持つO’Raifeartaigh型SUSY破れモデルにおけるモジュラス場として特定する。
• モジュラス X のF項がソフト質量を生成し、F ≈ m_ϕΛ および Λ ≈ 5M_P とすることで、√F ≈ 10^16 GeV が得られる。
• 電磁双対性とR荷重の割り当てを用いて、SUSY破れがインフレートン場に伝わるが、真空が不安定化されないことを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された r ≈ 0.16 および ns ≈ 0.96 は、高エネルギーSUSYにおける弱いスケールの動的起源によって説明可能か？
• RQ2 シフト対称性を必要とせずに、二次的インフレーションポテンシャルが高エネルギーSUSY破れから自然に生じるか？
• RQ3 インフレーションのエネルギースケールが、一貫性のあるモデル内でSUSY破れスケールと動的に関連づけられるか？
• RQ4 ISS型SUSY破れモデルにおいて、インフレートンをモジュラス場として実現でき、一貫したソフト質量と場の変位を伴うか？

主な発見

• 二次的ポテンシャル V = ½m²ϕ² は、PlanckとBICEP2の統合データに完璧にフィットし、ε_V ≈ 0.01 および η_V ≈ 0.01 を得る。
• インフレートン質量 m_ϕ ≈ 10^13 GeV は、ソフトSUSY質量と同程度のオーダーであり、ポテンシャルの安定化にシフト対称性を必要としない。
• インフレーションのエネルギースケール V^{1/4} ≈ 10^16 GeV は、SUSY破れスケール √F ≈ 10^16 GeV と自然に一致し、GUTスケールと整合する。
• ISS型モデルにおいて、インフレートンがモジュラスであり、F項 F ≈ m_ϕΛ および Λ ≈ 5M_P であることから、ソフト質量とインフレーションスケールが一貫して動的に生成される。
• モデルは超重いスカラースキューク（m_ϕ ~ 10^13 GeV）を予測し、LHCのnull結果と整合する。また、大規模な量子異常効果により126 GeVのヒッグス質量が説明可能である。
• この枠組みはLHC 2013年のデータと整合する。特に、スカラースキュークの信号が観測されず、正しいヒッグス質量を達成するには微調整された tanβ ≈ 1 が必要である。