[論文レビュー] EFT of Inflation: Reflections on CMB and Forecasts on LSS Surveys

Abhishek Naskar, Sayantan Choudhury+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2017

Complex Systems and Time Series Analysis被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、近い将来の大型スケール構造（LSS）調査、LSSTとEUCLIDを用いて、インフレーションの有効場理論（EFT）のパラメータに対する制約を予測する。ゴールドストーンモードの揺らぎから2点相関関数を導出し、フィッシャー行列予測を実行した結果、LSSTはEUCLIDよりもパラメータの感度が優れているが、両調査とも $ar{M}_1$ の制約が困難であり、ほとんどのシナリオで音速と第二のスローロールパラメータ $ \eta$ がうまく制約されないことが判明した。

ABSTRACT

We investigate the possibility of constraining parameters of Effective Field Theory (EFT) of inflation with upcoming Large Scale Structure (LSS) surveys in order to have a better understanding of inflationary dynamics. With the development of the construction algorithm of EFT, we arrive at a properly truncated action for the entire scenario. Using this, we compute the two-point correlation function for quantum fluctuations from Goldstone modes and related inflationary observables in terms of coefficients of relevant EFT operators. We then perform Fisher matrix forecast analysis to estimate the possible error bars on the parameters of EFT as well as on the inflationary parameters using two upcoming LSS surveys, namely, LSST and EUCLID.

研究の動機と目的

• 近い将来のLSS調査、LSSTとEUCLIDがインフレーションの有効場理論（EFT）のパラメータをどれだけ制約できるかを調査すること。
• インフレーションのダイナミクスを適切に切り詰めたEFT作用を構築し、ゴールドストーンボソンの揺らぎから初期宇宙の2点相関関数を計算すること。
• LSSTおよびEUCLIDの調査仕様を用いてフィッシャー行列解析を適用し、EFTパラメータとインフレーション観測量の誤差の予測をすること。
• 特に $M_2$ と $\bar{M}_1$ のEFTパラメータに対するLSSTとEUCLIDの感度を評価し、それらが音速とスローロールパラメータに与える影響を検討すること。

提案手法

• スティュッケルベルク機構を用いて、重力場およびスカラー場の揺らぎをゴールドストーン粒子で記述する、インフレーション用の切り詰められたEFT作用を構築する。
• EFTオペレータ係数を用いて、初期宇宙スカラー揺らぎの2点相関関数を表現し、スペクトルと音速への修正を含める。
• LSSTおよびEUCLIDの調査仕様を用いて、フィッシャー行列予測法を適用し、EFTパラメータとインフレーション観測量の期待される誤差の見積もりを実行する。
• 2つの基準シナリオ、$M_2 \sim \bar{M}_1$ と $M_2 > \bar{M}_1$ を用い、$M_2$ と $\bar{M}_1$ の異なる基準値に対して比較的分析を実施する。
• EFTフレームワークを用いてEFTパラメータを物理的観測量（例えばスカラースペクトル傾きと音速 $c_s$）と関連付け、それらのデゲネラシーを評価する。
• UVカットオフとループ補正が非線形領域効果に与える影響を分析し、EFT技術を用いて小スケール物理を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSST や EUCLID のような近い将来の LSS 調査は、インフレーションの有効場理論（EFT）のパラメータを制約できるか？
• RQ2 EFT パラメータ $M_2$ と $\bar{M}_1$ は、初期宇宙のパワースペクトルと音速 $c_s$ にどのように影響を与えるか？
• RQ3 LSST と EUCLID が EFT パラメータに対して相対的にどの程度感度を示すか、またその感度が基準パラメータ値に依存するか？
• RQ4 LSS の予測において、音速 $c_s$ と第二のスローロールパラメータ $\eta$ が EFT パラメータとどれほどデゲネラシーしているか？
• RQ5 $\bar{M}_1$ パラメータがすべての基準シナリオでうまく制約されない理由は何か？また、これは EFT モデルの区別にどのような意味を持つのか？

主な発見

• LSST はすべての EFT パラメータについて、EUCLID よりも誤差の見積もりがきつい結果を示しており、LSS 領域における初期宇宙物理の感度が優れていることを示している。
• 基準値として $M_2 = 0.001M_{\text{pl}}$ を設定した場合、$M_2 \sim \bar{M}_1$ および $M_2 > \bar{M}_1$ の両シナリオで $M_2$ の標準偏差が小さく、良好な制約力が得られている。
• $M_2 \sim \bar{M}_1$ で基準値 $0.0007M_{\text{pl}}$ を設定した場合、$M_2$ を含むすべてのパラメータの標準偏差が顕著に増加し、予測の精度が低下した。
• $\bar{M}_1$ パラメータはすべての基準ケースでうまく制約されず、音速 $c_s$ の信頼できる決定を妨げるデゲネラシーが生じている。
• 第二のスローロールパラメータ $\eta$ はすべてのシナリオで制約が困難であり、Planck CMB 観測の結果よりも誤差の範囲が広く、$c_s$、$\epsilon$、$M_2$、$\bar{M}_1$ とのデゲネラシーが原因である。
• 基準値として $M_2 = 0.001M_{\text{pl}}$ および $\bar{M}_1 = 0.0001M_{\text{pl}}$ を設定した $M_2 > \bar{M}_1$ シナリオでは、$M_2$ の誤差は依然として小さいが、$\bar{M}_1$ の標準偏差は $M_2 \sim \bar{M}_1$ ケース（同様の $M_2$ 値）と比較して大きくなっている。