[論文レビュー] Running Standard Model Inflation And Type I Seesaw

Nobuchika Okada, Mansoor Ur Rehman+1 more|ArXiv.org|Nov 26, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 12被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、非最小的ヒッグス-重力結合を伴う標準模型において、中間スケールの重い右手型ニュートリノを伴うタイプI見通し型の物理学が、インフレーションの予測を顕著に変化させ得ることを提案している。この研究では、ヒッグス粒子質量が約130 GeVのとき、そのような見通し型相互作用が、130 GeVのヒッグス粒子質量における木レベル予測値0.968未満のスカラースペクトル指数$ n_s $を低下させることを示しており、このモデルはPLANCKとLHCの測定結果を統合することで検証可能である。

ABSTRACT

Several authors have recently argued that a satisfactory inflationary scenario can be implemented in the Standard Model (SM) by introducing a strong non-minimal coupling of the Higgs doublet to gravity. It is shown here that type I seesaw physics containing right handed neutrinos at intermediate scales can have a significant impact on the inflationary predictions of these models. For one such model, values of the scalar spectral index lower than the tree level prediction of 0.968 are realized for plausible values of the seesaw parameters and a SM Higgs boson mass close to 130 GeV. A precise measurement of n_s by PLANCK, as well as measurement of the Higgs boson mass by LHC should provide stringent tests of this SM based inflationary scenario supplemented by type I seesaw physics.

研究の動機と目的

• 非最小的ヒッグス-重力結合を伴う走行標準模型におけるタイプI見通し型の物理学がインフレーションの予測に与える影響を調査すること。
• 中間スケールの右手型ニュートリノが、インフレーション宇宙論の主要観測量であるスカラースペクトル指数$ n_s $を変化させ得るかどうかを特定すること。
• 現在および将来の実験的制約を用いて、見通し型機構を補完する走行標準模型インフレーションの妥当性を評価すること。
• ヒッグス粒子質量、見通し型スケール、およびスカラースペクトル指数の相関関係を探索し、将来的にPLANCKとLHCによる検証を可能にする。

提案手法

• 非最小的結合$ \xi H^\dagger H \mathcal{R} $を伴う走行標準模型インフレーションの枠組みを採用し、共形変換により作用をアインシュタイン形式に変換する。
• スローロール近似を用いてインフレーションパラメータ$ \epsilon $と$ \eta $を計算し、スカラースペクトル指数は$ n_s = 1 + 2\eta - 6\epsilon $で与える。
• 見通し型行列$ \mathbf{S}_\nu $を介してタイプI見通し型効果を、トップクォークのヤコビ型カップリング$ y_t $、ヒッグス四次カップリング$ \lambda $、ゲージカップリングのランゲージ群方程式（RGE）に組み込む。
• 見通し型行列$ \mathbf{S}_\nu = y_\nu y_\nu^\dagger M_R^{-1} $を導入し、$ y_\nu $をディラックヤコビ型カップリング、$ M_R $を右手型ニュートリノ質量スケールとする。
• 見通し型に起因する補正を$ y_t $、$ \lambda $、および$ \gamma $（異常次元）に含め、$ M_R $スケールから電弱スケールまで数値的RGEの進化を実行する。
• 簡略化モデル（1つの右手型ニュートリノ）と現実的モデル（3つの右手型ニュートリノ）の両方に対して、スカラースペクトル指数$ n_s $およびテンソル対スカラー比$ r $を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 走行標準模型インフレーションにおいて、タイプI見通し型の物理学を組み込むと、スカラースペクトル指数$ n_s $にどのような影響を与えるか？
• RQ2 中間スケール（例：$ M_R \sim 10^{13} $ GeV）における見通し型物理学が、木レベル予測値0.968未満の$ n_s $を低下させ得るか？
• RQ3 $ n_s $の測定結果から制約を受けるヒッグス粒子質量と見通し型スケールの相関関係は何か？
• RQ4 現実的な3ニュートリノ見通し型モデルを考慮した場合、$ n_s $および$ r $の予測はどのように変化するか？
• RQ5 将来的なPLANCKおよびLHCデータが、見通し型物理学を含むか否かの走行標準模型インフレーションをどの程度まで区別できるか？

主な発見

• ヒッグス粒子質量が130 GeV前後で、見通し型スケール$ M_R \gtrsim 10^{13} $ GeVのとき、スカラースペクトル指数$ n_s $は木レベルの値0.968未満に予測される。
• 見通し型に起因するRGEの修正は、$ n_s $を顕著に低下させ、トップクォークのヤコビ型カップリングを増加させたのと同様の定性的な効果を示す。
• 現実的な3つの右手型ニュートリノを持つモデルでも、$ M_R \gtrsim 10^{13} $ GeVの範囲ではスカラースペクトル指数は0.968未満に保たれ、簡略化モデルと一貫した結果となる。
• 現在のWMAPによる$ n_s $の測定結果は、見通し型スケールやディラックヤコビ型カップリングが大きいほど、ヒッグス質量の下限を高める。
• テンソル対スカラー比$ r $は$ \sim 10^{-3} $のレベルにとどまり、PLANCKの感度を下回るため、$ n_s $が主な識別子となる。
• したがって、PLANCKとLHCによる$ n_s $およびヒッグス質量の高精度測定により、走行標準模型インフレーションと見通し型機構の両方を同時に検証可能となる。