[論文レビュー] Moduli backreaction and supersymmetry breaking in string-inspired inflation models

Emilian Dudaş, Clemens Wieck|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 47被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、超対称性の破れを伴う超重力モデルにおけるインフレーションの文脈で、重い安定化場およびモジュールのバックレアクション効果を調査している。重い場がインフレーション場よりもはるかに重くても、これらの効果は非摂動的になくならないことが判明し、プラトー型インフレーションモデルの制約が強く、特に高スケール超対称性の破れを伴う弦理論に由来するシナリオでは、有効なモジュール安定化メカニズムが限られる。

ABSTRACT

We emphasize the importance of effects from heavy fields on supergravity models of inflation. We study, in particular, the backreaction of stabilizer fields and geometric moduli in the presence of supersymmetry breaking. Many effects do not decouple even if those fields are much heavier than the inflaton field. We apply our results to successful models of Starobinsky-like inflation and natural inflation. In most scenarios producing a plateau potential it proves difficult to retain the flatness of the potential after backreactions are taken into account. Some of them are incompatible with non-perturbative moduli stabilization. In natural inflation there exist a number of models which are not constrained by backreactions at all. In those cases the correction terms from heavy fields have the same inflaton-dependence as the uncorrected potential, so that inflation may be possible even for very large gravitino masses.

研究の動機と目的

• 超対称性の破れを伴う超重力モデルにおいて、重い安定化場およびモジュールがインフレーションポテンシャルの平坦性に与える影響を理解すること。
• 特に、非摂動的モジュール安定化が、弦理論に由来するモデルにおける成功したインフレーションと両立可能かどうかを評価すること。
• 超対称性の破れスケールがハッブルスケールと同等である場合、バックレアクション効果を受ける自然インフレーションおよびプラトー型モデルの妥当性を評価すること。
• 特に重力レプトン質量効果を伴う状況で、重い場を統合した後もインフレーション場ポテンシャルが平坦のままである条件を特定すること。
• ノーサークルおよびノーサークルでない超重力モデルにおける、高スケール超対称性の破れと一貫したモジュール安定化の間の矛盾を検討すること。

提案手法

• σモデルおよびノーサークル超重力フレームワークにおいて、重い安定化場および幾何的モジュールがインフレーション場ポテンシャルに与えるバックレアクションを分析する。
• 有効場理論的手法を用いて、重い場を統合した際の補正項を計算し、特に $H/m_{Τ}$ および $m_{3/2}/H$ に比例する項に注目する。
• セコッティモデル、ノーサークルモデル、ゴンチャロフ＝リンデモデルを含む明示的な超重力モデルを用いて、ポテンシャル補正を検討する。
• 補正項の関数的形を評価し、それがインフレーション場ポテンシャルの平坦性を保つか、あるいは破壊するかを判断する。
• 安定化場を含む・含まないモデルを比較し、補正項が元のポテンシャルのインフレーション場依存性と一致するかを評価する。
• 非摂動的セミポテンシャルおよび異常U(1)対称性が、モジュール安定化およびバックレアクションに与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重い安定化場およびモジュールが、超対称性の破れ真空においてインフレーション場ポテンシャルに非脱結合補正を及ぼす程度はどの程度か？
• RQ2 重力レプトン質量がハッブルスケールと同等である場合、特に非摂動的モジュール安定化のもとで、プラトー型インフレーションモデルは存続可能か？
• RQ3 一部の自然インフレーションモデルが、巨大な重力レプトン質量を伴ってもバックレアクション効果に感受されないのはなぜか？
• RQ4 バックレアクション効果が、弦理論に由来するモデルにおける高スケール超対称性の破れとモジュール安定化の両立性に課す制約は何か？
• RQ5 強い安定化、非摂動的安定化、またはケーラー上昇によるモジュール安定化といった、異なるモジュール安定化メカニズムが、インフレーションモデルにおけるインフレーション場ポテンシャルの平坦性にどのように影響するか？

主な発見

• 超対称性の破れが存在する状況では、重い安定化場およびモジュールのバックレアクション効果は、それらの質量がインフレーター質量よりもはるかに大きくても非脱結合する。
• プラトー型インフレーションモデル（例：スタロボインスキー型）では、ポテンシャルの平坦性がバックレアクションによって容易に破られるため、$m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$ の制約が得られ、感受性の高い領域では $m_{3/2} \lesssim 10^{10}\,\text{GeV}$ となる可能性がある。
• ゴンチャロフ＝リンデモデルは、強いモジュール安定化が用いられない限り、非摂動的モジュール安定化と両立しない。
• 非摂動的セミポテンシャルを伴うノーサークル超重力モデルでは、ノーサークル対称性を破るモジュール安定化は不適切である。
• 安定化場を伴う自然インフレーションでは、バックレアクション項が元のコサインポテンシャルと同じインフレーション場依存性を示すことが多く、巨大な重力レプトン質量に対してもインフレーションが成立する可能性がある。
• 一方、アキソンモノドロミーインフレーションモデルは、プラトー型モデルと同様の制約を受けるため、補正項の不一致のため $m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$ が必要となる。