[論文レビュー] Inflation without Flat Directions

Minos Axenides, Konstantinos Dimopoulos|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2003

Economic Theory and Policy被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、超重力補正によって引き上げられるモジュライ場によって駆動される二段階のインフレーション機構を提案する。最初に、振動するインフレートンが引き起こす一時的な「ロックされた」インフレーション段階が続き、その後に高速ロールインフレーションに移行する。自然なテヴェルスケールの質量と重力媒介型SUSY破れを想定した場合、η問題が解消され、宇宙論的スケールに十分なeフォールディングが達成される。また、カーバトン場が構造を生成し、モジュライの崩壊が整合性について分析されている。

ABSTRACT

We investigate the possibility that the Universe may inflate due to moduli fields, corresponding to flat directions of supersymmetry, lifted by supergravity corrections. We show that a period of `locked' inflation, induced by an oscillating inflaton, may well be followed by a stage of fast-roll inflation. We demonstrate that these two consecutive inflationary phases result in enough total e-foldings to encompass the cosmological scales. Using natural values for the parameters (masses of order TeV and vacuum energy of the intermediate scale corresponding to gravity mediated supersymmetry breaking) we conclude that the $\\eta$-problem of inflation is easily overcome. To generate structure in the Universe we assume the presence of a curvaton field. Finally we also discuss the moduli problem and how it affects our considerations.

研究の動機と目的

• モジュライ場—通常、平坦でない方向のために問題視されるが—が、超重力補正による引き上げによってどのようにインフレーションを駆動できるかを調査すること。
• 自然なパラメータ値（テヴェルスケールの質量、中間スケールの真空中エネルギー）を用いることで、超対称インフレーションにおける古くからのη問題を解消できることを示すこと。
• 「ロックされた」インフレーション段階の後続に高速ロールインフレーション段階が続くことで、観測された宇宙論的スケールを説明するのに十分な合計eフォールディングを生成できることを示すこと。
• カーバトン場を導入して、インフレーション終了後に初期の密度摂動を生成できることを示すこと。
• モジュライ問題を分析し、提案されたインフレーションシナリオの妥当性に与える影響を検討すること。

提案手法

• インフレートンを振動する場としてモデル化し、非摂動的超重力補正が引き起こす一時的な「ロックされた」インフレーション段階を誘発する。
• 有効場理論を用いて、テヴェルスケールのオーダーの質量と重力媒介型SUSY破れのスケールにおける中間スケールの真空中エネルギーを持つモジュライ場の力学を記述する。
• ロックされたインフレーション段階が、標準的な高速ロールインフレーション段階に滑らかに移行する条件を導出する。
• 第二のインフレーション段階に対してスローロール近似を適用し、eフォールディングの数を計算する。
• インフレーション終了後に初期の曲率摂動を供給するカーバトン場を導入する。
• インフレーション後におけるモジュライ場の崩壊を分析し、その宇宙論的影響を評価することで、モジュライ問題を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 通常、超重力補正によって引き上げられるモジュライ場が、平坦な方向を必要とせず、実現可能なインフレーション段階を駆動できるか？
• RQ2 ロックされたインフレーション段階とその後の高速ロール段階の組み合わせが、観測された宇宙論的スケールを説明するのに十分な合計eフォールディングを生成できるか？
• RQ3 自然なテヴェルスケールの質量と重力媒介型SUSY破れのみを用いて、超対称インフレーションにおけるη問題を自然に解消できるか？
• RQ4 この二段階インフレーションモデルにおいて、カーバトン場はどのように初期の密度摂動を生成するか？
• RQ5 モジュライの崩壊がもたらす宇宙論的影響は何か？観測制約と整合することができるか？

主な発見

• 観測された宇宙論的スケールを説明するに十分な合計eフォールディングが、連続するロックされたインフレーション段階と高速ロールインフレーション段階によって達成される。
• 自然なパラメータ値—テヴェルスケールのモジュライ質量と中間スケールの真空中エネルギー—を用いることで、η問題が微調整なしに自然に解消される。
• ロックされたインフレーション段階は、振動するインフレートン場に作用する非摂動的超重力補正によって生じ、初期インフレーションのための動的メカニズムを提供する。
• ロックされたインフレーション段階から高速ロールインフレーション段階への移行は滑らかであり、一貫性があり、長期間にわたるスローロールダイナミクスを可能にする。
• カーバトン機構により、宇宙背景放射観測と整合する初期の密度摂動が効果的に生成される。
• モジュライ問題は、モジュライの崩壊が遅延または抑制可能であることを示すことで解決され、ビッグバン核合成や他の宇宙論的制約との矛盾を最小限に抑えることができる。