[論文レビュー] Identifying the curvaton within MSSM

Rouzbeh Allahverdi, Kari Enqvist+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 60被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、熱補正とソフトSUSY破れA項を組み込むことで、MSSMのu₁dd平坦方向を、凝縮状態を安定化させ、早期の揺らぎを可能にする妥当なカーブレート候補として特定した。u₁ddカーブレートはエネルギー密度を支配し、等パラメータの摂動をCMBの断熱的フラクチュエーションに変換でき、Qボールの崩壊によってダークマターを生成する可能性もあり、MSSM内での宇宙論的整合性のある解決策である。

ABSTRACT

We consider inflaton couplings to MSSM flat directions and the thermalization of the inflaton decay products, taking into account gauge symmetry breaking due to flat direction condensates. We then search for a suitable curvaton candidate among the flat directions, requiring an early thermally induced start for the flat direction oscillations to facilitate the necessary curvaton energy density dominance. We demonstrate that the supersymmetry breaking $A$-term is crucial for achieving a successful curvaton scenario. Among the many possible candidates, we identify the ${\bf u_1dd}$ flat direction as a viable MSSM curvaton.

研究の動機と目的

• エネルギー密度を支配し、CMB密度摂動を生成できる妥当なMSSM平坦方向カーブレート候補を同定すること。
• 熱補正とゲージ対称性の破れがカーブレート安定性および熱化率に与える影響を分析すること。
• ソフトSUSY破れA項が平坦方向の揺らぎを遅らせる役割を果たし、エネルギー密度支配を可能にするメカニズムを評価すること。
• カーブレートが熱蒸発を生き延び、崩壊まで一貫性を保てるかを検証すること。
• カーブレート機構が、CMBフラクチュエーションとQボール形成・蒸発によるダークマターの両方を同時に説明できるかを同定すること。

提案手法

• ゲージボソンおよびプラズマ内のフェルミオンによる対数的質量シフトを含む、平坦方向ポテンシャルへの熱補正を組み込む。
• SUSY破れ下での平坦方向の振る舞いをモデル化するため、非ローレンツ的超電位項（n=6）を用いた有効ポテンシャルを用いる。
• A項を用いて、インフレーション中および直後に平坦方向期待値をトラップする仮想真空障壁を生成する。
• ゲージボソンを介した2→2および2→3散乱過程による平坦方向の蒸発率を評価し、Hubble膨張に比べて劣る（Γ ∝ λ₁⁴⟨φ⟩ ≪ H）ことが判明。
• 放射支配期には平坦方向期待値がH^{3/4}に比例し、物質支配期または揺らぎ期にはHに比例することを分析。
• 後期の揺らぎ期におけるQボール形成と、それらのLSPへの崩壊がダークマター源となる可能性を検討。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMの平坦方向は、エネルギー密度を支配し、CMB摂動を生成できるほど、熱蒸発を長期間生き延びられるか？
• RQ2 熱補正とゲージ対称性の破れは、インフレーション崩壊生成物および平坦方向の安定性に、熱化率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ソフトSUSY破れA項は、平坦方向の揺らぎを遅らせる役割を果たし、エネルギー密度支配を可能にするか？
• RQ4 u₁dd平坦方向は、CMBフラクチュエーションとダークマターの両方を同時に生成できる妥当なカーブレート候補か？
• RQ5 平坦方向凝縮状態の初期振幅が、MSSMにおけるカーブレート機構の成功にどのように影響を与えるか？

主な発見

• u₁dd平坦方向は、初期期待値が約3×10¹⁴ GeVに達するため、MSSMカーブレート候補として最も有望である。
• A項が仮想真空を生成し、平坦方向期待値を安定化させ、揺らぎの遅れとエネルギー密度支配を可能にする。
• 熱蒸発率はHubble膨張に比べて劣る（Γ ∝ λ₁⁴⟨φ⟩ ≪ H）ため、カーブレートは崩壊まで生存する。
• カーブレートの等パラメータ摂動は、崩壊時に観測と整合する断熱的CMBフラクチュエーションに変換される。
• 後期の揺らぎ期におけるQボール形成は、LSPの生成をもたらし、有効な冷たいダークマター候補を提供する。
• パワースペクトルのスペクトル指数は1に近く、WMAP 3年間データ（ns = 0.951⁺⁰·⁰¹⁵₋₀·⁰¹⁹）と整合的であるが、インフレート系の詳細に敏感である。