[論文レビュー] Relaxed Inflation

Walter Tangarife, Kohsaku Tobioka+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、インフレーション期にインフレートンがダイナミカルにヒッグス粒子の質量を弱いエネルギー スケールに設定するリラクション粒子として作用する緩やかなインフレーションモデルを提案する。インフレーションは浅いポテンシャル勾配によって駆動され、その後、非摂動的ゲージボソン生成とシュヴィンガー対生成を介した再加熱が起こる。ヒッグス粒子の質量リラクゼーションは再加熱後に発生し、プランクスケール付近の有効理論のカットオフを維持しつつ、物性的・天体的制約を回避することができる。

ABSTRACT

We present an effective model where the inflaton is a relaxion that scans the Higgs mass and sets it at the weak scale. The dynamics consist of a long epoch in which inflation is due to the shallow slope of the potential, followed by a few number of e-folds where slow-roll is maintained thanks to dissipation via non-perturbative gauge-boson production. The same gauge bosons give rise to a strong electric field that triggers the production of electron-positron pairs via the Schwinger mechanism. The subsequent thermalization of these particles provides a novel mechanism of reheating. The relaxation of the Higgs mass occurs after reheating, when the inflaton/relaxion stops on a local minimum of the potential. We argue that this scenario may evade phenomenological and astrophysical bounds while allowing for the cutoff of the effective model to be close to the Planck scale. This framework provides an intriguing connection between inflation and the hierarchy problem.

研究の動機と目的

• インフレーション期にリラクションメカニズムを用いて弱いエネルギー スケールをダイナミカルに生成することで、階層問題を解決すること。
• 微細調整を必要とせずにインフレーションと電弱スケールを調和させること。
• 強い電場とシュヴィンガー対生成を介した再加熱メカニズムを提案すること。
• 観測的および物性的制約を満たしつつ、有効場理論のカットオフをプランクスケールに近い位置に保つこと。

提案手法

• インフレートンを、インフレーション期に浅い勾配を持つポテンシャルを通じてヒッグス粒子の質量を走査するリラクション粒子として特定する。
• この浅いポテンシャルにおけるスローロールインフレーションが、非摂動的ゲージボソン生成による散乱により駆動される。
• ゲージボソンの生成が強い電場を生成し、シュヴィンガー機構を介して電子・陽電子対の生成を引き起こす。
• 生成された対の熱化が、宇宙を高温プラズマ状態に移行させる新しい再加熱メカニズムを提供する。
• 再加熱後、リラクション粒子は局所的最小値に落ち着き、ヒッグス粒子の質量が弱いスケールにダイナミカルに固定される。
• 本モデルは、プランクスケール付近の高いカットオフを有しながらも、天体的および物性的制約と整合的であるように構築されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リラクションメカニズムは、観測的制約に反しないインフレーション枠組みに組み込むことができるか？
• RQ2 リラクション粒子駆動型インフレーションモデルでは、どのようにして効率的な再加熱が達成されるか？
• RQ3 シュヴィンガー機構は、インフレーション後のプラズマの熱化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 有効場理論のカットオフをプランクスケールに近い位置に保ちつつ、妥当なモデルとして成立するか？
• RQ5 再加熱後のヒッグス粒子質量のリラクゼーションは、低エネルギー物理的現象と整合的か？

主な発見

• モデルは浅いポテンシャル勾配によりインフレーションを達成し、インフレートンのダイナミクスは非摂動的ゲージボソン生成による散乱によって駆動される。
• 再加熱はシュヴィンガー対生成による電子・陽電子対の生成に続いて、プラズマの熱化によって実現される。
• ヒッグス粒子の質量は、リラクション粒子が局所的最小値に落ち着く再加熱後にダイナミカルに弱いスケールに固定される。
• 有効場理論のカットオフは、現在の物性的および天体的制約に反しない範囲でプランクスケールに近い位置に保てる。
• 本フレームワークは、リラクション粒子のインフレーションと電弱スケール生成の二重の役割を通じて、インフレーションと階層問題の統一的メカニズムを提供する。