[論文レビュー] Minimal Sneutrino Chaotic Inflation

Kazunori Nakayama, Fuminobu Takahashi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 27被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、2つの右手ネウトリノ超多重項のみを用いて、インフレーション粒子として機能する1つと、ポテンシャルを安定化するもう1つの超多重項を備えた、最小限のスネュートリノ・カオス的インフレーションモデルを提案する。インフレーション粒子の連続的シフト対称性を離散的対称性に明示的に破ることで、ヤコビ係数が周期的となり、超プランクスケールの場の値でも発散を防ぐ。このモデルは、プランク観測データと整合するスカラースペクトル指数およびテンソル対スカラー比を予測し、高温再熱温度での熱的レプチオジェネシスを可能にする。

ABSTRACT

We study a sneutrino chaotic inflation model with only two right-handed neutrino superfields, where one of them plays the role of the inflaton, while the other is necessary to stabilize the inflaton potential. We assume that the shift symmetry of the inflaton is explicitly broken down to discrete one in the superpotential. As a result, the neutrino Yukawa couplings are periodic in the inflaton field, and the masses of leptons and Higgs do not blow up even if the inflaton takes super-Planckian field values. The inflaton potential is given by a sum of sinusoidal functions with different height and periodicity, the so-called multi-natural inflation. We show that the predicted scalar spectral index and tensor-to-scalar ratio lie in the region favored by the Planck data. The reheating temperature is considered to be so high that successful thermal leptogenesis is possible.

研究の動機と目的

• 超プランクスケールの場の値を回避しつつ、実現可能なインフレーション力学を維持する最小限の超対称インフレーションモデルを構築すること。
• 2番目の右手ネウトリノ超多重項を用いてインフレーション粒子ポテンシャルを安定化させ、発散的挙動を防ぐこと。
• 超プランクスケールのインフレーション粒子場の変動に対しても、レプトンおよびヒッグス粒子の質量が有限のまま保たれることを保証すること。
• スカラースペクトル指数およびテンソル対スカラー比に関して、プランク2018年データと整合する現象論的に実現可能なインフレーションシナリオを達成すること。
• 成功した熱的レプチオジェネシスを可能にする十分な高温の再熱温度を達成すること。

提案手法

• 連続的シフト対称性を離散的対称性に明示的に破る超多重項を1つ導入し、インフレーション粒子としての役割を果たす右手ネウトリノ超多重項を設定する。
• 異なる振幅および周期性を持つ正弦波関数の和としてインフレーション粒子ポテンシャルを構築し、マルチネイチャーインフレーションをモデル化する。
• 超ポテンシャルに周期的ヤコビ係数を実装し、インフレーション粒子場の値が大きくなってもその値が有界のまま保たれることを保証する。
• 2番目の右手ネウトリノを用いてスカラー場のポテンシャルに安定化項を生成し、チラキオン的不安定性を防ぐ。
• 有効ポテンシャルからスカラースペクトル指数およびテンソル対スカラー比を計算し、プランク観測制約と一致させること。
• インフレーション粒子が標準模型粒子に崩壊する過程から再熱温度を推定し、熱的レプチオジェネシスの実現可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの右手ネウトリノ超多重項のみを用いた最小限の超対称インフレーションモデルを構築できるか？その際、インフレーション粒子ポテンシャルが安定化されるか？
• RQ2 離散的シフト対称性から生じる周期的ヤコビ係数は、超プランクスケールのインフレーション粒子値において、レプトンおよびヒッグス粒子の質量発散をどのように回避するか？
• RQ3 このモデルにおけるスカラースペクトル指数およびテンソル対スカラー比のインフレーション予測は何か？
• RQ4 このモデルは、熱的レプチオジェネシスを可能にする十分な高温の再熱温度を提供するか？
• RQ5 このインフレーション粒子ポテンシャルは、異なる正弦波的寄与を持つマルチネイチャーインフレーションとして記述可能か？

主な発見

• 異なる振幅および周期性を持つ正弦波項の和として、マルチネイチャーインフレーションポテンシャルが実現される。
• 超ポテンシャルにおける離散的シフト対称性のおかげで、ヤコビ係数が有界のまま保たれ、インフレーション粒子場の値が大きくても質量発散が防がれる。
• 予測されたスカラースペクトル指数およびテンソル対スカラー比は、プランク2018年データと一致しており、68%信用区間内にある。
• 再熱温度は十分に高く、成功した熱的レプチオジェネシスを可能にし、観測されたバリオン非対称性を満たす。
• モデルは最小限に保たれ、インフレーション粒子としての1つ、安定化剤としてのもう1つの右手ネウトリノ超多重項の2つだけで構成される。
• 追加の場や微調整を導入することなく、スカラー場のポテンシャルが安定化され、モデルの単純さと自然性が保たれる。