[論文レビュー] Scalar spectral index and tensor-to-scalar ratio in a class of two-field no-scale inflationary models

Krzysztof Turzyński|arXiv (Cornell University)|May 23, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、2場のノスケール超対称性インフレーションモデルにおけるスカラースペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ を計算し、非正則な運動項から生じる曲率-等パラメータ摂動の結合が、$\epsilon \sim 0.01$ であっても $r$ を千分率レベルにまで抑制することを示している。多場インフレーションモデルは、インフレーション後の処方または断熱的極限がなければ予測不能であることが確立され、ラグランジアンから直接抽出可能な普遍的な幾何的寄与が等パラメータ質量に存在することが同定された。

ABSTRACT

We calculate the scalar spectral index $n_s$ and the tensor-to-scalar ratio $r$ in a class of recently proposed two-field no-scale inflationary models in supergravity. We show that, in order to obtain correct predictions, it is crucial to take into account the coupling between the curvature and the isocurvature perturbations induced by the noncanonical form of the kinetic terms. This coupling enhances the curvature perturbation and suppresses the resulting tensor-to-scalar ratio to the per mille level even for values of the slow-roll parameter $\epsilon \sim 0.01$. Beyond these particular models, we emphasise that multifield models of inflation are a priori not predictive, unless one supplies a prescription for the post-inflationary era, or an adiabatic limit is reached before the end of inflation. We examine the conditions that enabled us to actually derive predictions in the models under study, by analysing the various contributions to the effective isocurvature mass in general two-field inflationary models. In particular, we point out a universal geometrical contribution that is important at the end of inflation, and which can be directly extracted from the inflationary Lagrangian, independently of a specific trajectory. Eventually, we point out that spectator fields can lead to oscillatory features in the time-dependent power spectra at the end of inflation. We demonstrate how these features can be model semi-analytically as well as the theoretical uncertainties they can entail.

研究の動機と目的

• 2場のノスケール超対称性インフレーションモデルのクラスにおけるスカラースペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ を計算すること。
• 非正則な運動項から生じる曲率-等パラメータ摂動の結合が、多場インフレーションにおける正確な予測に不可欠であることを示すこと。
• 多場インフレーションモデルが予測可能となる条件を明確にし、インフレーション後の処方または断熱的極限の必要性を強調すること。
• インフレーション軌道に依存しない、ラグランジアンから直接抽出可能な普遍的な幾何的寄与が等パラメータ質量に存在することを同定すること。
• スペクター場がインフレーションの終焉に近い段階で時間に依存するパワー スペクトルに振動的特徴を引き起こす仕組みを分析し、それらの理論的不確実性を評価すること。

提案手法

• 非正則な運動項を有する一般の2場インフレーションフレームワークを用いて、有効等パラメータ質量とその寄与を計算する。
• 曲率-等パラメータ摂動の結合は、非正則な運動項の形から導出され、摂動の進化に影響を与える。
• 有効等パラメータ質量は幾何的および動的成分に分解され、そのうち幾何的成分は普遍的であり、ラグランジアンから直接抽出可能である。
• スローロール近似を用いて、修正された摂動ダイナミクスを組み込んだ $n_s$ と $r$ を計算する。
• 時間発展を分析することで、有効質量と結合項の時間的変化をもとに、パワー スペクトルの振動的特徴を半解析的にモデル化する。
• インフレーションの終焉付近における振動的モodulationへのパワー スペクトルの感度を検討することで、スペクター場の効果に起因する理論的不確実性を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非正則な運動項から生じる曲率-等パラメータ摂動の結合は、2場のノスケールインフレーションモデルにおける $n_s$ と $r$ の予測にどのように影響するか？
• RQ2 多場インフレーションモデルが予測可能となる条件は何か？なぜインフレーション後の処方または断熱的極限が必要なのか？
• RQ3 普遍的な幾何的寄与が等パラメータ質量に果たす役割は何か？そして、インフレーションラグランジアンから直接抽出するにはどうすればよいか？
• RQ4 スペクター場はどのようにしてインフレーションの終焉に近い段階で時間に依存するパワー スペクトルに振動的特徴を引き起こし、最終観測量にどのような影響を与えるか？
• RQ5 インフレーション予測の文脈において、これらの振動的特徴を半解析的にモデル化する際に生じる理論的不確実性は何か？

主な発見

• 非正則な運動項から生じる曲率-等パラメータ摂動の結合は、曲率摂動を増幅させるとともに、$\epsilon \sim 0.01$ であってもテンソル対スカラー比 $r$ を千分率レベルにまで抑制する。
• 多場インフレーションモデルは、インフレーション後の処方を提供するか、インフレーション終了前に断熱的極限に達しない限り、事前に予測不能である。
• インフレーションの終焉に近づく段階で、有効等パラメータ質量に普遍的な幾何的寄与が現れ、特定の軌道に依存せずにインフレーションラグランジアンから直接抽出可能である。
• この幾何的寄与は、等パラメータモードの安定化と最終的なパワー スペクトルに重要な役割を果たし、特にインフレーションの最終段階で顕著である。
• スペクター場は、インフレーションの終焉に近い段階で時間に依存するパワー スペクトルに振動的特徴を引き起こすことがあり、これらは半解析的にモデル化可能であることが示された。
• これらの振動的特徴に起因する理論的不確実性は定量化され、インフレーション観測量の高精度な予測におけるシステム的誤差の可能性が浮き彫りにされた。