[論文レビュー] Effective field theory approach to quasi-single field inflation

Toshifumi Noumi, Masahide Yamaguchi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、インフレートンと相互作用するヒューブルスケール質量を有する追加のスカラー場を有する準単一場インフレーションのための有効場理論フレームワークを開発する。時間に依存する空間微分同相変換不変性を活用することで、3次フラクチュエーションまで一般な作用を導出し、質量のあるスカラー場が初期宇宙の曲率パワースペクトルに与える影響、特に縮退極限における3点関数の運動量依存性を体系的に分析可能となる。

ABSTRACT

We apply the effective field theory approach to quasi-single field inflation, which contains an additional scalar field with Hubble scale mass other than inflaton. Based on the time-dependent spatial diffeomorphism, which is not broken by the time-dependent background evolution, the most generic action of quasi-single field inflation is constructed up to third order fluctuations. Using the obtained action, the effects of the additional massive scalar field on the primordial curvature perturbations are discussed. In particular, we calculate the power spectrum and discuss the momentum-dependence of three point functions in the squeezed limit for general settings of quasi-single field inflation. Our framework can be also applied to inflation models with heavy particles. We make a qualitative discussion on the effects of heavy particles during inflation and that of sudden turning trajectory in our framework.

研究の動機と目的

• インフレーションモデルにインフレートンに加え、ヒューブルスケール質量を有する追加のスカラー場を含める有効場理論のアプローチを拡張すること。
• 時間に依存する空間微分同相変換対称性を活用して、準単一場インフレーションの最一般作用を同定すること。
• 質量のあるスカラー場が初期宇宙の曲率パワースペクトルに与える影響、特に非ガウス性の特徴を体系的かつ系統的に研究すること。
• インフレーション中における重い粒子を含める枠組みを一般化し、その影響を急激な軌道の曲がり（突然の転回）の文脈で分析すること。

提案手法

• 時間に依存する背景によって保存される時間に依存する空間微分同相変換不変性を用いて、有効作用の形を制約する。
• 曲率パワースペクトルの3次フラクチュエーションまで一般な作用を、準単一場インフレーションのための構築する。
• 導出された作用を用いて、パワースペクトルおよび縮退極限における運動量依存性を持つ3点関数を計算する。
• 標準的な準単一場インフレーション設定を超えて、重い粒子の効果をフレームワークに組み込む。
• 有効場理論形式を用いてインフレートンの場の空間内での急激な転回軌道の影響を分析する。
• 対称性に基づく推論を用いて相互作用を分類し、非ガウス性の主要寄与を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有効場理論フレームワークは、質量のあるスカラー場を有する準単一場インフレーションに体系的にどのように適用可能か？
• RQ2 質量のあるスカラーが原因で生じる、特に縮退極限における曲率パワースペクトルの3点関数の主要寄与は何か？
• RQ3 3点関数の運動量依存性は、インフレーション力学における質量のあるスカラー場の存在をどのように反映しているか？
• RQ4 このフレームワークは、インフレーション中に重い粒子を含めるためにどのように拡張可能か？
• RQ5 場の空間内での急激な転回軌道が、この有効場理論的手法における初期宇宙のバイスペクトルに与える定性的な効果は何か？

主な発見

• 時間に依存する空間微分同相変換対称性を用いて、3次フラクチュエーションまで一般な有効作用が、準単一場インフレーションに対して導出された。
• このフレームワークにより、パワースペクトルおよび曲率パワースペクトルの3点関数の体系的計算が可能となった。
• 縮退極限における3点関数の運動量依存性は、質量のあるスカラー場とインフレートンとの相互作用によって決定される。
• 有効場理論アプローチは、インフレーション中における重い粒子の初期相関に与える影響を的確に捉えている。
• モデルは、相互作用頂点の構造を通じて、場の空間内での急激な転回軌道の効果を定性的に説明可能である。
• 形式的体系は、単一場インフレーションの拡張において質量のある場が誘導する非ガウス性特徴を一貫的かつモデルに依存しない方法で研究する手段を提供する。