[論文レビュー] Monopole Problem and Extensions of Supersymmetric Hybrid Inflation

Rachel Jeannerot, Shaaban Khalil+1 more|ArXiv.org|Jun 4, 2001

Spectral Theory in Mathematical Physics被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、Pat　i-Salam GUTフレームワーク内での超対称ハイブリッドインフレーションの自然な拡張を2つ提案し、初期GUT対称性の破れによってトポロジカルな欠陥の形成を防ぐことで、宇宙論的モノポール問題を解決する。重ねて、超ポテンシャルに非摂動的項を導入し、Peccei-Quinn対称性を用いることで、重力子の制約を超えない再熱が可能となり、$μ$-項が自然に生成され、ニュートリノ振動データと一致する初期状態のレプトゲネシスによるバリオゲネシスが達成される。

ABSTRACT

We discuss, in the context of a concrete supersymmetric grand unified model based on the Pati-Salam gauge group SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R, two "natural" extensions of supersymmetric hybrid inflation, which avoid the cosmological disaster encountered in the standard hybrid inflationary scenario from the overproduction of monopoles at the end of inflation. Successful "reheating" which satisfies the gravitino constraint takes place after the end of inflation. Also, adequate baryogenesis via a primordial leptogenesis occurs consistently with the solar and atmospheric neutrino oscillation data as well as the SU(4)_c symmetry. Moreover, the mu-term is generated via a Peccei-Quinn symmetry and proton is practically stable.

研究の動機と目的

• 超対称GUTにおける標準的ハイブリッドインフレーションのシナリオに内在する宇宙論的モノポール問題を解決すること。
• 再熱温度の制限を満たす重力子制約を満たす再熱が成功するようにすること。
• 太陽および大気のニュートリノ振動データと一致する、初期状態のレプトゲネシスによる実現可能なバリオゲネシスを達成すること。
• Peccei-Quinn対称性を介して$μ$-項を動的に生成し、陽子安定性を保証すること。
• 自然なパラメータ値を持つPati-Salam SUSY GUTフレームワーク内での現実的なモデルの構築

提案手法

• インフレーション中にGUTゲージ群を破壊するために、超ポテンシャルに主要な非摂動的項を導入し、モノポール生成を防ぐ。
• $μ$-項の動的生成と陽子安定性の確保のため、Peccei-Quinn対称性を導入する。
• 2段階の対称性の破れの順序を採用：インフレーション中にGUTスケールでの破れ、その後に低いスケールでのPS対称性の破れ。
• ゲージノンのインフレーション粒子とその共役ヒッグス超多重項を用いたハイブリッドインフレーション機構を採用し、量子補正がインフレーションの谷を安定化させる。
• インフレーション後の真空多様体にKibble機構を適用するが、早期GUT対称性の破れによりトポロジカルな欠陥を回避する。
• 重い右巻きニュートリノと複素ヤコビ係数を用いた初期状態のレプトゲネシスを実装し、観測されたバリオン非対称性を生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称ハイブリッドインフレーションにおけるモノポール問題は、2段階の対称性の破れを必要とせずに解決可能か？
• RQ2 再熱温度の制限を満たす重力子制約を満たしつつ、成功した再熱を達成する方法は何か？
• RQ3 微調整を必要とせず、SUSY GUT内で$μ$-項を自然に生成することは可能か？
• RQ4 初期状態のレプトゲネシスは、太陽および大気のニュートリノ振動データと一致しつつ、観測されたバリオン非対称性を生成可能か？
• RQ5 レプトゲネシスと$SU(4)_c$対称性を両立させるために、右巻きニュートリノの質量と混合角に課される制約は何か？

主な発見

• 非摂動的超ポテンシャル項によるインフレーション中のGUTゲージ群の破れにより、モノポールの過剰生成が効果的に回避される。
• 再熱温度が$T_r \approx 10^{10}$ GeVに制限され、重力子の光子への分岐比を低減すれば、重力子制約と整合的である。
• レプトゲネシスの解は、$m_{\nu_\tau} \approx 8 \times 10^{-2}$ eV、$\sin^2 2\theta_{\mu\tau} \approx 0.9$、および$n_L/s \approx -1.8 \times 10^{-10}$の条件下で存在し、SuperKamiokandeのデータと整合的である。
• 2番目に重い右巻きニュートリノの質量は$M_2 \approx 1.55 \times 10^{11}$ GeVであり、レプトゲネシスの境界からの不等式制約を満たしている。
• インフレーター質量は$m_{\text{infl}} \approx 4.1 \times 10^{13}$ GeVであり、SUSY GUTスケールに近く、実現可能である。
• $m^{D}_2 \approx 0.8 - 2$ GeVおよび$m^{D}_3 \approx 110 - 120$ GeVの解が得られ、$SU(4)_c$対称性のオーダー・オブ・マグニチュードの関係と整合的である。