[論文レビュー] Induced-Gravity Inflation in Supergravity Confronted with Planck 2015 & BICEP2/Keck Array

C. Pallis|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、RおよびZ₂対称性をもつ2つのゲージシングレットフェルミオン超多重項と、4次までの項を含む対数的ケーラー項、および調整可能な混合係数 $k_{S\tilde{\Phi}}$ を持つ超対称誘導重力インフレーションモデルを、超対称理論（SUGRA）において提案する。ノスケールSUGRAにおいて、$n_s \approx 0.963$ および $r \approx 0.004$ を達成するが、ケーラー項の係数を $-3$ よりわずかに大きく調整することで、$r$ が観測可能な範囲（Planck 2015およびBICEP2/Keckと整合）に拡大され、同時に摂動的ユニタリティとプランクスケール未満のインフレートンの値を維持する。

ABSTRACT

Supersymmetric versions of induced-gravity inflation are formulated within Supergravity (SUGRA) employing two gauge singlet chiral superfields. The proposed superpotential is uniquely determined by applying a continuous R and a discrete Z_2 symmetry. We also employ a logarithmic Kahler potential respecting the symmetries above and including all the allowed terms up to fourth order in powers of the various fields. When the Kahler manifold exhibits a no-scale-type symmetry, the model predicts spectral index ns=0.963 and tensor-to-scalar r=0.004. Beyond no-scale SUGRA, ns and r depend crucially on the coefficient ksphi involved in the fourth order term, which mixes the inflaton Phi with the accompanying non-inflaton superfield S in the Kahler potential, and the prefactor encountered in it. Increasing slightly the latter above (-3), an efficient enhancement of the resulting r can be achieved putting it in the observable range favored by the Planck and BICEP2/Keck Array results. In all cases, imposing a lower bound on the parameter cR, involved in the coupling between the inflaton and the Ricci scalar curvature, inflation can be attained for subplanckian values of the inflaton while the corresponding effective theory respects the perturbative unitarity.

研究の動機と目的

• インフレートンのスケールがプランクスケール未満で安定である超対称誘導重力インフレーションモデルを、超対称理論（SUGRA）において構築すること。
• 誘導重力インフレーションを、最近のPlanck 2015およびBICEP2/Keckアレイによるスカラースペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ のデータと調和させること。
• ケーラー項の係数 $k_{S\Phi}$ と係数のずれ $(1+n)$ が $r$ の増幅に与える役割を調査すること。
• ジョルダン座標系およびアインシュタイン座標系の両方におけるUVカットオフスケール $\Lambda_{\text{UV}}$ の解析を通じて、モデルがUV完全かつユニタリティに安全であることを保証すること。

提案手法

• 連続的 $R$ 対称性および離散的 $\mathbb{Z}_2$ 対称性を不変にする超ポテンシャル $W = \frac{\lambda}{c_R} S(\Omega_H - 1/2)$ を定式化し、$\Omega_H = c_R \Phi^2$ とする。
• $\Phi$ および $S$ の4次までの項を含む対数的ケーラー項 $K$ を採用し、係数に調整可能なパラメータ $(1+n)$ を導入する。
• ケーラー多様体にノスケール型の対称性を導入し、基本ケースにおける $r$ の抑制を実現する。
• インフレートン $\Phi$ と非インフレートン $S$ の超多重項を結合する混合項 $k_{S\Phi}$ をケーラー項に導入し、$r$ の増幅を可能にする。
• ジョルダン座標系からアインシュタイン座標系への共形変換を実行し、物理的スカラー・ポテンシャルを導出し、インフレーション観測量を計算する。
• 散乱振幅における $c_R^{-1}$ のキャンセルにより、$\Lambda_{\text{UV}}$ がプランクスケールに保たれることを示すことで、UV挙動を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ノスケールSUGRAの極限において、誘導重力インフレーションはPlanck 2015データと整合する $n_s \approx 0.963$ および $r \approx 0.004$ を達成できるか？
• RQ2 ケーラー項の係数 $k_{S\Phi}$ は、ノスケールSUGRAを超えた場合にテンソル対スカラー比 $r$ にどのように影響を与えるか？
• RQ3 インフレートンがプランクスケール未満であり、有効場の理論が摂動的ユニタリティを満たす中で、モデルがPlanckおよびBICEP2/Keckアレイが支持する観測可能な範囲の $r$ を達成できるか？
• RQ4 ケーラー項の係数のずれ $(1+n)$ は、ユニタリティを破らずに $r$ の増幅を可能にする役割を果たすか？
• RQ5 非最小カップリングが存在するにもかかわらず、UVカットオフ $\Lambda_{\text{UV}}$ はプランクスケールに保たれるか？

主な発見

• ノスケールSUGRAの極限において、モデルは $n_s \approx 0.963$、$r \approx 0.004$、$a_s \approx -0.00065$ を予測し、Planck 2015データと極めて良好に一致する。
• ケーラー項の係数を $-3$ よりわずかに大きく（$n \approx -0.03$ から $-0.05$ に）、$r$ がPlanck+BICEP2/Keck連携解析の1-$\sigma$ 範囲に拡大される。
• 係数 $k_{S\Phi}$ はスペクトル指数 $n_s$ を制御し、ノスケールでない場合に、許容範囲の全範囲をカバー可能である。
• UVカットオフ $\Lambda_{\text{UV}}$ はジョルダン座標系およびアインシュタイン座標系の両方でプランクスケールに位置し、モデルの摂動的ユニタリティおよびUV有限性が確認された。
• インフレートン場はインフレーション全期間にわたりプランクスケール未満であり、散乱振幅における $c_R^{-1}$ のキャンセルにより、有効場理論が摂動的ユニタリティを満たす。
• $k_S \sim 0.05$ のわずかな調整で、1ループの量子修正が支配的でなくなることが示され、理論的一致性が保証された。