[論文レビュー] Inflation and Monopoles in Supersymmetric SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R

Rachel Jeannerot, Shaaban Khalil+2 more|CERN Bulletin|Feb 14, 2000

Spectral Theory in Mathematical Physics参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、非可逆的超電位項を介してハイブリッドインフレーションを実現する超対称的 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ モデルを提案しており、インフレーションの谷を安定化させ、壊滅的なモノポール生成を防いでいる。モデルは自然な結合定数（約10⁻³）でCOBE CMB不均一性データを再現し、GUTスケールを約10¹⁶ GeVに近づけ、Peccei-Quinn対称性によってμ問題を解決するとともに、重粒子生成によるバリオジェネシスと陽子安定性を実現している。

ABSTRACT

We show how hybrid inflation can be successfully realized in a supersymmetric model with gauge group G_{PS}= SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R. By including a non-renormalizable superpotential term, we generate an inflationary valley along which G_{PS} is broken to the standard model gauge group. Thus, catastrophic production of the doubly charged magnetic monopoles, which are predicted by the model, cannot occur at the end of inflation. The results of the cosmic background explorer can be reproduced with natural values (of order 10^{-3}) of the relevant coupling constant, and symmetry breaking scale of G_{PS} close to 10^{16} GeV. The spectral index of density perturbations lies between unity and 0.9. Moreover, the mu-term is generated via a Peccei-Quinn symmetry and proton is practically stable. Baryogenesis in the universe takes place via leptogenesis. The low deuterium abundance constraint on the baryon asymmetry, the gravitino limit on the reheat temperature and the requirement of almost maximal mu neutrino - tau neutrino mixing from SuperKamiokande can be simultaneously met with mu-neutrino, tau-neutrino and heaviest Dirac neutrino masses determined from the large angle MSW resolution of the solar neutrino problem, the SuperKamiokande results and SU(4)_c symmetry respectively.

研究の動機と目的

• 超対称的左対称統一モデルにおける宇宙論的モノポール問題を、SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣゲージ対称性のもとで解決すること。
• このモデルにおいて、インフレーションの終了時にトポロジカルモノポールの生成を引き起こさない形で、成功裏にハイブリッドインフレーションを実現すること。
• COBE CMB観測と整合的であり、自然な結合定数（約10⁻³）とGUTスケール（約10¹⁶ GeV）を達成すること。
• Peccei-Quinn対称性を用いてμ問題を解決し、明示的なBおよびL破れが存在するにもかかわらず陽子安定性を保証すること。
• 重水素生成率、gravitino過剰生成、およびSuperKamiokandeによるνμ−ντ混合データの制約を同時に満たすこと。

提案手法

• SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ が標準模型ゲージ群に崩壊する、古典的に平坦な方向に沿って安定化をもたらす非可逆的超電位項を導入する。
• 従来のモデルとは異なり、1ループの量子補正を用いて必要なインフレーションポテンシャル勾配を提供する。
• Gₚₛ がインフレーション中に自然に破れることを保証し、最終段階の転移がKibbleメカニズムによってモノポールを生成しないようにする。
• Peccei-Quinn対称性を用いてμ項を動的に生成し、強いCP問題を解決する。
• 軽いニュートリノ質量をシースワッブ機構で得るとともに、重粒子生成によるバリオジェネシスを実現する。
• D項、F項、および超電位項の結合を用いてスカラーおよびフェルミオン質量スケーラムを完全に構築し、特定のセクターでのみ超対称性が破れるようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッドインフレーションは、超対称的 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ モデルにおいて、壊滅的なモノポール生成を引き起こさずに一貫して実現可能か？
• RQ2 自然な結合定数（約10⁻³）とGUTスケール（約10¹⁶ GeV）を用いて、このモデルがCOBE CMB四重極不均一性データを再現可能か？
• RQ3 このモデルにおいて、陽子安定性を保ちつつ、重粒子生成を可能にし、μ問題をどのように解決できるか？
• RQ4 このモデルは、低濃度の重水素、gravitino過剰生成、およびSuperKamiokandeによるνμ−ντ混合データの制約を同時に満たせるか？
• RQ5 非可逆的項は、インフレーションの前または中においてゲージ対称性の破れを保証するインフレーション軌道を安定化させる役割を果たすか？

主な発見

• モデルは結合定数が約10⁻³であり、GUTスケールが約10¹⁶ GeVに近い状態でCOBE CMB不均一性データを再現している。
• 密度揺らぎのスペクトル指数は1と0.9の間にあるが、観測結果と整合的である。
• モノポール生成は回避されている。なぜなら、SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ がインフレーション中にすでに破れているため、Kibbleメカニズムによるモノポール生成が発生しない。
• μ項はPeccei-Quinn対称性によって生成され、μ問題と強いCP問題の両方を解決している。
• 陽子崩壊は顕著に抑制されており、ゲージ対称性と質量階層のおかげで、現在の実験的限界を超える陽子寿命を有している。
• ニュートリノ質量はシースワッブ機構によって生じ、太陽ニュートリノ問題の大きな角度MSW解およびSuperKamiokandeのνμ−ντ混合データをうまく説明できる。