[論文レビュー] Inflation from Rotation

Edi Halyo|ArXiv.org|May 31, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、Dp ブラネと D(p-2) ブラネがほぼ垂直で大きな距離を隔てて配置された状況において、回転運動または距離依存ポテンシャルから生じるインフレーションを特徴とする、ブレインインフレーションの新規メカニズムを提案する。このモデルでは、スペクトル指数が1に極めて近く、観測的制約と整合する10^16–17 GeV 前後のストリングスケールと大きな余剰次元を必要とし、混合的またはハイブリッドインフレーションが実現可能であることを示している。

ABSTRACT

We obtain brane inflation in configurations with Dp and D(p-2) branes which are far apart and almost perpendicular to each other. Chaotic brane inflation occurs when the branes can only rotate with the inflaton given by the angle between the branes. When the branes can also move hybrid brane inflation occurs where the inflaton is the distance between the branes and the trigger field is related to the angle. In both models we find a spectral index very close to one. Both types of inflation require $M_s \sim 10^{16-17} GeV$ with one large radius of size $1/R \sim 10^{12-15} GeV$.

研究の動機と目的

• 超重力理論におけるインフレーションの大きなインフレートン質量問題を回避する、ストリング理論におけるブレイン構成を用いたインフレーションメカニズムの開発を目的とする。
• ブレインの回転または分離が生成するポテンシャルがインフレーションを支える仕組み、および角度のずれによるスピン特異性の破れを解明することを目的とする。
• 本設定において、混合的およびハイブリッドインフレーションの両方が実現可能であり、宇宙論的観測と整合することを示すこと。
• オリエンターフォールド平面の導入によりブレインの張力がキャンセルされ、宇宙定数がゼロとなり、安定したインフレーションダイナミクスが実現されることを示すこと。
• ブレイン間距離をパラメータとして用いることで、大スケールでのブレインインフレーションと小スケールでのD-項インフレーションの間の連続的遷移を確立すること。

提案手法

• Dp ブラネの有効作用を、D(p-2) ブラネからの背景計量およびドライヴン場に結合させた超重力有効作用を用いて、ブレイン間ポテンシャルをモデル化する。
• ボーン＝インフェルト作用を用いて、ブレイン間の角度と距離 r を組み込んだ Dp ブラネ上のポテンシャルを計算し、ブレインが垂直に近づくとゼロに近づく反発的ポテンシャルを導出する。
• 有効ポテンシャルを用いてインフレートン場を導出する：混合的インフレーションでは角度 θ、ハイブリッドインフレーションでは距離 r を用い、ハイブリッド系では角度に関連するトリガー場を導入する。
• スローロール条件を適用し、スペクトル指数および密度揺らぎの振幅を導出し、CMBデータからの観測的制約と一致させる。
• 負の張力を有するオリエンターフォールド平面を導入し、正のブレイン張力をキャンセルすることで、ブレイン上での宇宙定数がゼロとなるように保証する。
• ブレイン系のブロック内での時間発展を解析し、トリガー場が滑り込むことでインフレーションが終了し、その後減衰振動（再結合）が生じ、運動エネルギーがハッブル摩擦によって散逸することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Dp および D(p-2) ブラネが大規模に分離され、ほぼ垂直な配置にある場合、安定したインフレーションダイナミクスを支えることができるか？
• RQ2 ブレイン間の距離と相対的傾きの相互作用が、混合的またはハイブリッドインフレーションに適したポテンシャルをどのように生成するか？
• RQ3 このようなモデルにおけるストリングスケールおよびコンパクト化半径の宇宙論的制約（スペクトル指数、揺らぎの振幅）は何か？
• RQ4 オリエンターフォールド平面の導入が、宇宙定数およびインフレーションシナリオの妥当性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 大スケールでのブレインインフレーションと小スケールでのD-項インフレーションの間には、連続的遷移が存在するか？

主な発見

• ブレインが空間的に固定されており、回転可能である場合、混合的ブレインインフレーションが発生する。この場合、インフレートン場は相対的角 θ であり、ストリングスケールが 10^16–17 GeV 程度、余剰次元の逆数 1/R ∼ 10^15 GeV である必要がある。
• 少なくとも1つのブレインが移動可能である場合、ハイブリッドブレインインフレーションが発生する。インフレートンはブレイン間距離 r であり、トリガー場は角度に関連する。この場合、M_s ∼ 0.02M_P および 1/R ∼ 10^12 GeV が必要である。
• 両モデルにおいて、スペクトル指数 n は1に極めて近く、n ≈ 0.99 から 1 の範囲にあり、これは非常に多くのエーフォールディング数（N ∼ 10^4）に起因し、CMBの制約を満たしている。
• M_s/M_P ∼ 0.02 のとき、密度揺らぎの振幅が正しく規格化され、コンパクト化半径 R ∼ 10^5 M_s^{-1} の大きな半径に対応する。
• インフレーション終了後に、トリガー場 θ の減衰振動が発生し、再結合温度 T_R ∼ 10^12 GeV に達する。
• 両モデルにおいて、単一の大きな余剰次元が強力な特徴として予測される。複数の大きな次元があると、混合的またはハイブリッドインフレーションの両方において十分なエーフォールディング数が得られなくなるためである。