[論文レビュー] Remarks on M Theoretic Cosmology

Tom Banks|ArXiv.org|Jun 16, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 21被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、インフレーションをボリュームモジュリが駆動するM理論的宇宙論を提唱しており、短距離ダイナミクスからのポテンシャルを持つ。一方、SUSY破れモジュリは後期のエネルギー密度を生成する。このシナリオでは自然なダークマター候補（例えば、統一スケールの崩壊定数を持つQCDオクシオン）を予測し、プランクスケールと統一スケールの比によって物質-放射均衡とCMB揺らぎを説明する。また、TeVスケールでの再正則化可能なバリオン数破れを要請し、LSPをダークマターとして排除する。

ABSTRACT

I present cosmological arguments which point towards a Horava-Witten like picture of the universe, with the unification scale of order the fundamental gravitational scale. The SUSY breaking scale is determined by the dynamics of gauge fields which are weakly coupled at the fundamental scale. Bulk moduli whose potential originates at short distances are the inflatons, while bulk moduli whose potential originates from SUSY breaking are the origin of the energy density in the present era. The latter decay just before nucleosynthesis, and a consistent theory of baryogenesis requires that there be renormalizable baryon number violating interactions at the TeV scale. The dark matter is a boundary modulus, perhaps the QCD axion, and the temperature of matter radiation equality is related to the ratio between the fundamental and effective four dimensional Planck scales. The same ratio determines the amplitude of fluctuations in the microwave background.

研究の動機と目的

• 8スーパーチャージを保つM理論のコンパクト化とモジュリをインフレートンとしての一致を図ることで、インフレーションスケールと統一スケールの間の緊張を解消する。
• SUSY破れボリュームモジュリを用いて現在のダークエネルギー密度と物質-放射均衡の起源を説明する。
• モジュリが核合成の直前に崩壊することで宇宙論的モジュリ問題を解決し、バリオン非対称性を生成する。
• 抑制されたポテンシャルを持つ境界モジュリに妥当なダークマター候補を特定する。可能性としてQCDオクシオンを想定する。
• 基本スケール比からCMB揺らぎの振幅と再加熱温度の定量的予測を導出する。

提案手法

• 8スーパーチャージを保つM理論のコンパクト化を用い、離散的R対称性によって保護される真のモジュリ空間を含む、ホラワ-イッテンの状況を一般化する。
• インフレートン場をボリュームモジュリとして特定し、インフレーションの$N_e$フォールディングを達成するため、超電位の係数が$1/N_e$のオーダーとなるようにする。
• インフレーション後のボリュームモジュリのコherentな振動から生じるエネルギー密度をモデル化し、核合成温度より高い再加熱をもたらす。
• モジュリ崩壊中にバリオン非対称性を生成するため、低エネルギー有効理論に再正則化可能なバリオン数破れ相互作用を要請する。
• 抑制されたポテンシャルを持つ境界モジュリをダークマターとして提案し、崩壊定数を統一スケールに近づける。
• CMB揺らぎの振幅と物質-放射均衡温度の両者を、4次元プランクスケールと統一スケールの比に依存させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8スーパーチャージを保つM理論のコンパクト化におけるボリュームモジュリが、インフレーションスケールと統一スケールの階層を破ることなくインフレートンとして機能できるか。
• RQ2 物質-放射均衡温度の観測値を、基本スケール比の観点から説明するメカニズムは何か。
• RQ3 SUSY破れモジュリの崩壊によってバリオン非対称性がどのように生成されるか。また、これにより低エネルギー有効場理論に課される制約は何か。
• RQ4 このシナリオでなぜLSPがダークマターとして排除されるのか。代替の候補は何か。
• RQ5 QCDオクシオンまたは類似の境界モジュリが、統一スケールに近い崩壊定数を持つ場合、妥当なダークマター候補として機能可能か。

主な発見

• 初期密度揺らぎの振幅は$10^{-5}$のオーダーであると予測され、統一スケールと4次元プランクスケールの比によって自然に説明される。
• モジュリ崩壊後の再加熱温度は、核合成のしきい値をわずかに上回ると推定され、ビッグバン核合成と整合的である。
• 物質-放射均衡は、同じスケール比によって決定される温度で発生し、その値は1桁大きすぎるが、近似の下では妥当である。
• このシナリオでは、モジュリ崩壊中にバリオン非対称性を生成するため、TeVスケールでの再正則化可能なバリオン数破れ相互作用の存在を要請する。
• LSPはダークマターとして排除される。代わりに、抑制されたポテンシャルを持つ境界モジュリ（可能性としてQCDオクシオン）が自然なダークマター候補を提供する。
• このダークマター候補は、統一スケールに近い高い崩壊定数のため、現在のオクシオン探索では検出不能である。