[論文レビュー] Inflation and Leptogenesis in Five Dimensional SO(10)

Bumseok Kyae, Qaisar Shafi|ArXiv.org|Dec 18, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、S¹/(Z₂×Z′₂)軌道上でコンパクト化された五次元超対称的SO(10)統一理論を提案する。インフレーションはブレーン固定点におけるF-termポテンシャルから生じ、スカラースペクトル指数n ≈ 0.98–0.99およびGUTスケールの破れスケール~10¹⁶ GeVをもたらす。インフレートンの右手型ニュートリノへの崩壊は、レプトゲネシスを介してバリオン非対称性を生成する。一方、軌道構造によりダブルット・トリプレット分裂問題が解決され、μ項が安定化される。

ABSTRACT

We discuss five dimensional (5D) supersymmetric SO(10) compactified on the orbifold $S^1/(Z_2 imes Z_2')$ such that the SO(10) gauge symmetry is broken on the fixed point(s) to its maximal subgroup(s). The MSSM gauge symmetry is recovered by the usual Higgs mechanism, and inflation is associated with the Higgs mechanism, implemented through F-term scalar potentials on the two fixed points. The spontaneous breaking scale is fixed from $δT/T$ measurements to be around $10^{16}$ GeV, and the scalar spectral index $n=0.98-0.99$. The inflaton field decays into right-handed neutrinos whose subsequent out of equilibrium decay yield the observed baryon asymmetry via leptogenesis.

研究の動機と目的

• 5次元SO(10)統一理論における現実的なインフレーションのシナリオを構築し、インフレーション、バリオゲネシス、ゲージ対称性の破れを統合する。
• 5次元軌道コンパクト化を用いてSO(10)GUTにおけるダブルット・トリプレット分裂問題を解決する。
• CMB非一様性の振幅δT/T ∝ (M/M_Planck)²を観測値に一致させ、M ≈ 10¹⁶ GeVとする。
• インフレートンが右手法ニュートリノに崩壊する仕組みを介して、インフレーション枠組み内にレプトゲネシスを埋め込む。
• インフレーション中に破れるPeccei-Quinn対称性を用いてμ項を安定化し、強いCP問題を解決する。

提案手法

• 5次元N=1超対称的SO(10)をS¹/(Z₂×Z′₂)にコンパクト化し、ブレーン上でゲージ対称性を最大部分群にまで破壊する。
• インフレーションを、2つの軌道固定点（ブレーン）に局在するF-termスカラー・ポテンシャルによって実現し、インフレートン場Sが真空期待値をとる。
• ブレーン局在型ヒッグス場（h₁, h̄₁）およびシングレット（N_H, N̄_H）を用いて、ヒッグス機構によりゲージ群をMSSMにまで縮小する。
• U(1)_PQ対称性を導入し、中間スケールでμ項を生成し、axion生成によって強いCP問題を解決する。
• 右手法ニュートリノ（N_H, N̄_H）の真空期待値を介したシー・スイッチ機構により、軽いアクティブニュートリノ質量をeVスケールに生成する。
• U(1)_R → Z₂の自発的対称性破れに起因するドメインウォールの形成を避けるために、PQ対称性の破れをインフレーション前またはインフレーション中に仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元SO(10)GUTにおけるインフレーションは、GUTスケールの破れスケール~10¹⁶ GeVおよびスカラースペクトル指数n ≈ 0.98–0.99を満たすように一貫して実現可能か？
• RQ2 5次元軌道コンパクト化において、SO(10)におけるダブルット・トリプレット分裂問題は自然に解決可能か？
• RQ3 インフレートンが右手法ニュートリノに崩壊する5次元超対称的SO(10)モデルにおいて、レプトゲネシスを埋め込むことは可能か？
• RQ4 このようなモデルにおいて、gravitino問題が再加熱温度および右手法ニュートリノ質量に課す制約は何か？
• RQ5 5次元GUTフレームワークにおいて、Peccei-Quinn対称性を用いてμ項と強いCP問題を同時に解決できるか？

主な発見

• モデルはスカラースペクトル指数n_s = 0.98 ± 0.01を予測し、WMAPおよび他のCMB観測と整合的である。
• GUTスケールの破れスケールはδT/T測定値によってM ≈ 10¹⁶ GeVに固定され、MSSMゲージカップリングの進化から推定される統一スケールと一致する。
• テンソル対スカラー比はr ≈ 10⁻⁸と推定され、非常に弱い重力波信号を示唆する。
• 右手法ニュートリノの質量は中間スケール範囲（≈10¹²–10¹³ GeV）にあり、N_HおよびN̄_Hの真空期待値によって生成され、成功したレプトゲネシスを可能にする。
• シー・スイッチ機構により、eVスケールの軽いニュートリノ質量が生成され、ニュートリノ振動データと整合的である。
• 中間スケールでPeccei-Quinn対称性が破れ、m_{3/2}オーダーのμ項が生成され、軽いaxionが生成される。これにより強いCP問題が解決され、インフレーション前に破れる場合、ドメインウォールの形成を回避できる。