[論文レビュー] Inflation from string field theory

Alexey S. Koshelev, Paulo Vargas Moniz+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 83被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、D-braneの崩壊中に開弦タキオンと結合する閉弦ディラトンが非局所的インフレーション場として機能する、弦場理論における新しいインフレーション機構を提案する。このモデルは、普遍的アトラクター予測（ns ≈ 0.967）と調整可能な r < 0.1 を満たす有効な1場インフレーションを実現し、2場の共形不変モデルの新クラスを導入。このモデルは、上昇した真空エネルギー最小値を持つスタロブィンスキー型インフレーションをもたらす。

ABSTRACT

In the framework of string field theory (SFT) a setting is considered, where the closed string dilaton is coupled to the open string tachyon at the final stage of an unstable brane or brane-anti-brane pair decay. The structure of non-locality leads to interesting inflationary scenarios. Concretely, we show that this configuration can lead to viable inflation by means of the dilaton becoming a non-local (infinite-derivative) inflaton. We obtain (i) a class of single field inflation with universal attractor predictions at $n_{s}\sim0.967$ with any value of $r<0.1$, where the tensor to scalar ratio $r$ can be solely regulated by parameters of the SFT; (ii) a new class of two field conformally invariant models with a peculiar quadratic cross-product of scalar fields. In particular, we analyze a specific case where a spontaneously broken conformal invariance leads to Starobinsky like inflation, plus creating an uplifted potential minimum which accounts for vacuum energy after inflation.

研究の動機と目的

• 弦場理論における不安定D-braneまたはブレイン＝アンチブレイン対の崩壊から生じるインフレーション系を探索すること。
• ディラトンとタキオンの結合に起因する非局所性が、有効なインフレーションダイナミクスを生成できるかを調査すること。
• 普遍的アトラクター予測と調整可能なテンソル対スカラー比 r を持つ1場インフレーションモデルの構築。
• 2場のスカラー場の二次相互作用を持つ、新しい2場の共形不変モデルの開発。
• 共形不変性の自発的破れが、スタロブィンスキー型インフレーションとインフレーション後の安定な真空エネルギー最小値をもたらす仕組みを示すこと。

提案手法

• ブレイン崩壊の終焉における閉弦ディラトンと開弦タキオンの結合を含む弦場理論フレームワークを構築すること。
• 非局所的（無限階微分）構造をディラトン領域に組み込み、非局所的インフレーションダイナミクスをモデル化すること。
• SFT設定から1場および2場インフレーションモデルの有効場理論作用を導出すること。
• 2場モデルにおけるスカラー場間の二次相互作用項の構造を特定すること。
• 2場系に共形不変性の技法を適用し、スタロブィンスキー型行動に至る自発的破れを同定すること。
• 導出されたモデルから、スカラースペクトル指数 ns やテンソル対スカラー比 r などの宇宙論的観測量を計算すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弦場理論におけるディラトンは、ブレイン崩壊中のタキオンとの結合により、非局所的インフレーション場として機能可能か？
• RQ2 得られた1場インフレーションモデルの宇宙論的予測、特に ns と r に関しては？
• RQ3 2場系にスカラー場の二次相互作用項を組み込むと、インフレーションダイナミクスにどのような影響を与えるか？
• RQ4 2場モデルにおける共形不変性の自発的破れは、スタロブィンスキー型インフレーションとインフレーション後の安定な真空エネルギーをもたらすか？
• RQ5 テンソル対スカラー比 r は、弦場理論フレームワーク内のパラメータによってどの程度調整可能か？

主な発見

• モデルは、スカラースペクトル指数 ns ≈ 0.967 の1場インフレーションを生成し、普遍的アトラクター予測と整合的である。
• テンソル対スカラー比 r は任意に小さくできる（r < 0.1）ものであり、弦場理論の設定パラメータによって完全に制御可能である。
• 2場の共形不変モデルの新クラスが構築され、スカラー場間の特徴的な二次相互作用項を有する。
• 2場モデルにおける共形不変性の自発的破れは、スタロブィンスキー型インフレーション軌道をもたらす。
• モデルは、インフレーション後に上昇したポテンシャル最小値を生成し、観測された真空エネルギー（ダークエネルギー）を説明する。
• ディラトン場の非局所的構造により、有効場理論の制約を満たしつつも、新しい宇宙論的結果を実現できる。