[論文レビュー] Issues in Complex Structure Moduli Inflation

Hirotaka Hayashi, Ryo Matsuda+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 63被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、F理論の compactification における複素構造モジュライが、ゆっくりと滑らかにインフレーションを駆動できるかどうかを調査しており、特に右巻きニュートリノインフレーションのシナリオに注目している。Kählerモジュールの安定化によるきびしい制約が、複素構造モジュライの場の進みを著しく制限しており、大場所インフレーションは、微調整されたフラックス配置や代替メカニズムを採用しない限り、一般に実現不可能であることが判明した。

ABSTRACT

Supersymmetric compactification with moderately large radius (${ m Re}< T > \sim {\cal O}(10)$ or more) not only accommodates supersymmetric unification, but also provides candidates for an inflaton in the form of geometric moduli; the value of ${ m Re}< T > > 1$ may be used as a parameter that brings corrections to the inflaton potential under control. Motivated by a bottom-up idea "right-handed sneutrino inflation" scenario, we study whether complex structure moduli can play some role during the slow-roll inflation and/or reheating process in this moderately large radius regime. Even when we allow a tuning introduced by Kallosh and Linde, the barrier of volume stabilization potential from gaugino condensation racetrack superpotential can hardly be as high as $(10^{16} \; { m GeV})^4$ for generic choice of parameters in this regime. It is also found that even very small deformation of complex structure during inflation/reheating distorts the volume stabilization potential, so that the volume stabilization imposes tight constraints on large-field inflation scenario involving evolution of complex structure moduli. A few ideas of satisfying those constraints in string theory are also discussed.

研究の動機と目的

• F理論の compactification における複素構造モジュライが、特に右巻きニュートリノインフレーションのシナリオの文脈でインフレーション場として機能できるかどうかを評価すること。
• インフレーション中におけるKählerモジュールの安定化と複素構造モジュライのダイナミクスの相乗作用を調査すること。
• racetrack シュレーディンガー作用素による体積安定化によって課せられる制約のもとで、ゆっくりと滑らかなインフレーションに必要な場の進みが達成可能かどうかを特定すること。
• 特許的および弦理論的整合性条件を満たしつつ、複素構造モジュライがインフレーションを駆動できる可能性のある有効なメカニズムを探索すること。
• Kählerモジュールと複素構造モジュライが混合する場合に、特にインフレーションがKählerモジュールによって駆動されるが再結合が右巻きニュートリノを介して進行する場合に、再結合プロセスおよび宇宙の熱的歴史が保持されるかどうかを検討すること。

提案手法

• Ref. [10] と [11] の結果を組み合わせ、インフレーション中におけるKählerモジュールと複素構造モジュールの相関関係を分析する。
• ゲージノコンデンゲーションのシュレーディンガー作用素における係数の推定値を精緻化し、Kählerモジュールのダイナミクスをより厳密に制約する。
• 特定のCalabi–Yau 3-fold を指定せずに、複素構造モジュールの進化に関する制約を妥当な物理的アプローチで導出する。
• 妥当な物理的制約を、特に体積安定化のためのKallosh–Linde調整に注目したType IIBフラックスコンパクト化のシュレーディンガー作用素の言語に翻訳する。
• 超ポテンシャル $W_{GVW}$ 及びその根を分析し、トポロジカルインフレーションを可能にする複数の真空状態の可能性を評価する。
• Kählerモジュールと複素構造モジュールの場の混合が、再結合および熱的歴史に与える影響を検討する。特に、インフレーションがKählerモジュールによって駆動されるが、再結合が右巻きニュートリノを介して進行する場合を想定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Kählerモジュールの安定化による制約を受けるF理論コンパクト化における複素構造モジュールが、自然にゆっくりと滑らかなインフレーションを支えることができるか？
• RQ2 2つのゲージノコンデンゲーションから生じるracetrackシュレーディンガー作用素によるKählerモジュールの安定化が、インフレーション中における複素構造モジュールの場の進みにどのように制限を加えるか？
• RQ3 右巻きニュートリノが複素構造モジュールに同定される弦コンパクト化において、右巻きニュートリノインフレーションシナリオはどの程度現実的か？
• RQ4 体積安定化を維持しつつ、大場所インフレーションに必要な十分な場の進みを達成できる有効なフラックス配置は存在するか？
• RQ5 複素構造モジュールが主なインフレータではないが、Kählerモジュールと混合する場合に、再結合プロセスおよびインフレーション後の熱的歴史が保持されるか？

主な発見

• インフレーション中におけるKählerモジュールの安定化は、複素構造モジュールの進化に対してきびしい制約を課し、その場の進みを非常に小さな値に制限する。
• インフレーション後の真空状態における質量固有状態は、一般にKählerモジュールと複素構造モジュールの場の混合であるため、インフレータの特定が複雑になる。
• racetrack安定化から導かれる妥当な物理的制約は、複素構造モジュールの進化によるエーフォールディング数が非常に少ないことを示しており、大場所インフレーションは一般に実現不可能である。
• ゲージノコンデンゲーションのシュレーディンガー作用素における係数は、体積安定化ポテンシャルを正確に制約するために注意深く推定する必要があり、本論文ではこの推定値を精緻化した。
• 複数の真空状態によるトポロジカルインフレーションは、極めて微調整されたフラックス選択の下でのみ可能であり、さらにその場合でさえ、ドメインウォール全域で体積安定化条件を満たすとは限らない。
• Kählerモジュールがインフレーションを駆動しても、再結合プロセスは依然として右巻きニュートリノを介して主に進行するが、モジュールの混合およびスペクトルの詳細に依存するため、右巻きニュートリノインフレーションシナリオの完全な物理的予測は失われる。