[論文レビュー] Supernatural Inflation

Lisa Randall, Marin Soljačić+1 more|ArXiv.org|Jan 18, 1996

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、弱いスケールでの超対称性の破れを伴う超対称理論における自然なインフレーション機構を提案する。インフレーションは、ローレンツ不変なMSSMに類似したポテンシャルにおける平坦方向場から生じる。既存の質量スケールの比を活用し、ハイブリッドインフレーションのダイナミクスを用いることで、自然なパラメータチューニングが達成され、低ホッパー スケール（約10^3–10^4 GeV）、ユニティに近いかそれ以上のスカラースペクトル指数、無視できるほどのテンソルモード、および短波長における明確な特徴を持つパワー スペクトルを予測する。

ABSTRACT

Most models of inflation have small parameters, either to guarantee sufficient inflation or the correct magnitude of the density perturbations. In this paper we show that, in supersymmetric theories with weak scale supersymmetry breaking, one can construct viable inflationary models in which the requisite parameters appear naturally in the form of the ratio of mass scales that are already present in the theory. Successful inflationary models can be constructed from the flat-direction fields of a renormalizable supersymmetric potential, and such models can be realized even in the context of a simple GUT extension of the MSSM. We evade naive ``naturalness" arguments by allowing for more than one field to be relevant to inflation, as in ``hybrid inflation" models, and we argue that this is the most natural possibility if inflaton fields are to be associated with flat direction fields of a supersymmetric theory. Such models predict a very low Hubble constant during inflation, of order $10^3$-$10^4$ GeV, a scalar density perturbation index $n$ which is very close to or greater than unity, and negligible tensor perturbations. In addition, these models lead to a large spike in the density perturbation spectrum at short wavelengths.

研究の動機と目的

• 超対称理論における既存の質量スケールから自然に生じるパラメータを用いることで、インフレーションモデルにおける自然性の問題を解決すること。
• 単純なMSSMのGUT拡張にまで及ぶ、ローレンツ不変な超対称ポテンシャルにおける平坦方向場を用いて、実現可能なインフレーションを実現すること。
• ハイブリッドインフレーションフレームワークにおける複数の場を用いることで、従来の自然性の議論を回避し、超対称理論におけるインフレートン場として最も自然な選択となるようにすること。
• 低ホッパー スケール、ユニティに近いかそれ以上のスカラースペクトル指数、および短波長におけるパワー スペクトルのスパイクといった観測可能な宇宙論的シグネチャーを予測すること。

提案手法

• 弱いスケールでの超対称性の破れを伴う超対称理論における平坦方向場を用いて、インフレーションポテンシャルを構築する。
• 複数のスカラー場を含むハイブリッドインフレーション機構を実装し、一方の場がインフレーションを駆動し、他方がその終焉を引き起こす。
• 理論に既に存在する質量スケールの比に基づいてインフレーションパラメータを設定し、微調整を回避する。
• 単純なMSSMのGUT拡張と整合するローレンツ不変な超対称ポテンシャルを構築する。
• 平坦方向に沿ったインフレートン場のダイナミクスを解析し、十分なeフォールディングと適切な密度揺らぎの振幅を確保する。
• インフレーション中のホッパー定数、スカラースペクトル指数、テンソル対スカラー比、パワー スペクトルの特徴といった宇宙論的観測量を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称理論におけるインフレーションモデルは、パラメータの微調整を避けて構築可能か？
• RQ2 ローレンツ不変な超対称ポテンシャルにおける平坦方向場のみを用いて、実現可能なインフレーションを達成できるか？
• RQ3 理論に既存する質量スケール比を活用することで、インフレーションにおける自然性の問題をどのように解決できるか？
• RQ4 このようなモデルの宇宙論的予測、特にスカラースペクトル指数とテンソル揺らぎに関してはどのようなものか？
• RQ5 このようなモデルは、短波長における密度揺らぎスペクトルに特徴的な特徴を生じさせることができるか？

主な発見

• モデルは、インフレーション中における低ホッパー スケール（約10^3～10^4 GeV）を予測しており、弱いスケールでの超対称性と整合的である。
• スカラースペクトル指数はユニティに非常に近く、あるいはそれ以上であることが判明し、パワー スペクトルにわずかな赤ずれまたは逆赤ずれの傾きを示す。
• テンソル揺らぎは無視できるほど小さく、CMBからの観測的制約と整合的である。
• モデルは、短波長における密度揺らぎスペクトルに大きなスパイクを生成し、標準的なスローロールモデルにない特徴的な特徴を持つ。
• インフレーションに必要なパラメータは、理論に既に存在する質量スケールの比として自然に生じ、微調整を回避する。
• モデルは単純なMSSMのGUT拡張内でも実現可能であり、大統一理論と整合的であることを示している。