[論文レビュー] Super-Hubble Supergravity Inflation

Anupam Mazumdar, S. Nadathur+1 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、MSSMにおける宇宙論的平坦な方向が、大スケールの超重力補正に対して安定であることを示しており、F-termインフレーションが現実的であることを可能にする。Hubbleパラメータが10⁵から10⁸.⁵ GeVの範囲にある場合、平坦方向におけるn=6オペレーターが現在のCMBデータに適合することを示している。これは、スローロールインフレーションと超重力の間の主要な矛盾を解消する。

ABSTRACT

It is well known that large Hubble-induced supergravity corrections to the inflaton field can ruin the flatness of the potential, thus creating a tension between slow-roll inflation and supergravity. In this paper we show that it is possible to obtain a {\it cosmologically flat} direction, embedded within the MSSM (Minimal Supersymmetric Standard Model), in spite of very large super-Hubble corrections. As an illustration, we show that a flat direction which is lifted by an $n=6$ operator matches the current cosmic microwave background data for a wide range of the Hubble parameter, $10^{5} { m GeV}\lesssim H_{inf}\lesssim 10^{8.5}$ GeV. Our results are generic and can be applicable to any $F$-term inflationary models.

研究の動機と目的

• スローロールインフレーションと超重力補正の間の矛盾、特にインフレーションポテンシャルの平坦性を損なう要因を解消すること。
• 大スケールの超重力補正に対してもMSSM内の平坦方向が宇宙論的に平坦のままである条件を特定すること。
• 大Hubbleパラメータ下で超重力に埋め込まれたF-termインフレーションモデルが依然として有効であることを示すこと。
• 平坦方向に特定のn=6オペレーターが存在する場合、現在のCMB観測と整合する予測を生み出すこと。

提案手法

• 高次元オペレーター、特にn=6オペレーターを含む有効な超ポテンシャルを分析し、超Hubbleスケールの物理からの補正をモデル化すること。
• 超重力におけるF-termが誘導するスカラー・ポテンシャルを評価し、F-term寄与と超Hubble補正の相互作用に注目すること。
• 平坦方向に沿った有効ポテンシャルを計算し、F-termとHubbleに起因する補正の両方を含めること。
• CMBデータからの制約を適用し、スローロールインフレーションに適した平坦なポテンシャルを維持できるHubbleパラメータの範囲を特定すること。
• MSSMフレームワークを用いて、ゲージ不変性や再規格化可能性を損なわずに必要なn=6オペレーターを支持する平坦方向を同定すること。
• Hubbleスケールとオペレーター強度のパラメータスキャンを実施し、観測的制約と整合する領域を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSM内の平坦方向は、大スケールの超重力補正に対しても安定して平坦のままでいられるか？
• RQ2 F-termモデルにおいて、平坦なポテンシャルがスローロールインフレーションを支えることができる最大のHubbleスケールは何か？
• RQ3 高次元オペレーター（例：n=6）は、超重力下でのインフレーションポテンシャルの平坦性にどのように影響するか？
• RQ4 大Hubbleに起因する補正を受けるF-termインフレーションモデルは、依然として有効に保たれるか？
• RQ5 n=6オペレーターのモデルが現在のCMBデータと一致するHubbleパラメータの範囲は何か？

主な発見

• n=6オペレーターを有するMSSM内の平坦方向は、大スケールの超重力補正に対しても宇宙論的に平坦のままである。
• Hubbleパラメータが10⁵ GeV ≤ H_inf ≤ 10⁸.⁵ GeVの範囲にある場合、有効なスローロールインフレーションポテンシャルが得られる。
• 指定されたHubbleパラメータ範囲全域で、スカラー・ポテンシャルはスローロールインフレーションを支えるのに十分に平坦である。
• モデルは現在の宇宙マイクロ波背景放射（CMB）データと整合的であり、その現象論的妥当性が裏付けられる。
• 結果は一般性を持ち、超重力内での他のF-termインフレーションモデルへも拡張可能である。
• n=6オペレーターは、超Hubble補正による不安定化効果を効果的に相殺し、平坦性を維持する。