[論文レビュー] Supersymmetric Hybrid Inflation

G. Lazarides|ArXiv.org|Nov 9, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、放射修正によってインフレーション・ポテンシャルを生成することにより、微調整を自然に回避する超対称ハイブリッドインフレーションモデルを提案する。$μ$問題はペチェイ・クイン対称性によって動的に解決され、自然なレプトゲネシスとグレイビトロ・リハートの制約が達成される。$SU(4)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R$ などの高次GUTにおいてモノポール過剰生成を防ぐために、シフト型およびスムーズ型ハイブリッドインフレーションの2つの拡張を導入し、CMB観測とニュートリノ振動データと整合する。

ABSTRACT

The non-supersymmetric and supersymmetric versions of hybrid inflation are summarized. It is emphasized that supersymmetric hybrid inflation (with its extensions) is an extremely "natural" inflationary scenario since it does not require "tiny" parameters, its superpotential has the most general form allowed by the symmetries, and it can be protected against radiative or supergravity corrections. A concrete supersymmetric grand unified theory which leads to hybrid inflation, solves the mu problem and generates seesaw masses for the light neutrinos is constructed. The "reheating" which follows hybrid inflation is studied in this theory. It is shown that the gravitino constraint on the "reheat" temperature can be "naturally" satisfied. Also, the observed baryon asymmetry of the universe can be generated via a primordial leptogenesis consistently with the requirements from solar and atmospheric neutrino oscillations. Extensions of the standard supersymmetric hybrid inflationary scenario which are still consistent with all these requirements but can also avoid the cosmological disaster from the possible copious monopole production at the abrupt termination of standard hybrid inflation are constructed. They rely on utilizing the leading non-renormalizable correction to the standard hybrid inflationary superpotential and are necessary for higher unified gauge groups which predict the existence of monopoles.

研究の動機と目的

• 非超対称モデルで必要とされる微小な結合定数を含むパラメータの微調整を回避する超対称ハイブリッドインフレーションのシナリオの構築。
• 同一の超対称GUTフレームワーク内にインフレーション、$μ$問題の解決、スイープニュートリノ質量生成を統合する。
• 標準的ハイブリッドインフレーションにおける急激な相転移が引き起こす宇宙論的モノポール問題を、スムーズまたはシフト型インフレーション軌道の導入によって解決する。
• リハートがグレイビトロ制約を満たし、太陽および大気ニュートリノ振動データと整合するプリミティブレプトゲネシスによるバリオジェネシスが可能であることを保証する。

提案手法

• 放射修正が必要なインフレーション勾配を提供するように、可逆な超ポテンシャル $W = \kappa S(-M^2 + \bar{\phi}\phi)$ を用いてスカラー・ポテンシャルに平坦な方向を生成する。
• $μ$問題を動的に解決するため、シングレット場の真空期待値によって$μ$を生成可能にするペチェイ・クイン対称性を導入する。
• 統一ゲージ対称性によって既に破れている平坦な方向に沿ってインフレーションが進行するように、シフト型ハイブリッドインフレーションモデルを構築し、モノポール生成を回避する。
• 離散的対称性によって三線形項を除去することで、スムーズ型ハイブリッドインフレーションモデルを構築し、インフレーションの終焉が安定で急激でないようにする。
• $\epsilon$ および $\eta$ 準拠を用いて、エーフォールディング数およびCMB四重極モーメント非一様性を計算し、自然なパラメータ値でCOBE観測と一致する。
• グレイビトロ過剰生成およびニュートリノ振動データからの制約を課し、モデルの宇宙論的観測との整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称ハイブリッドインフレーションは、結合定数や質量パラメータの微調整を回避できる形で実現可能だろうか？
• RQ2 超対称大統一理論（SUSY GUT）内に、$μ$問題を自然に解決するとともにハイブリッドインフレーションを支持するフレームワークはどのように構築できるか？
• RQ3 $SU(4)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R$ のような高次GUTにおいて、インフレーション終焉時に発生する壊滅的モノポール生成を防ぐメカニズムは何か？
• RQ4 グレイビトロ制約やニュートリノ振動データを破らない範囲で、成功したリハートとプリミティブレプトゲネシスによるバリオジェネシスを達成できるか？
• RQ5 急激なウォーターフォール遷移がトポロジカル欠陥を引き起こすのを避けるために、インフレーションダイナミクスを滑らかで安定したものにできるか？

主な発見

• COBE観測と整合する自然なパラメータ値を用いて、CMB四重極モーメント非一様性が $6.6 \times 10^{-6}$ に自然に達成される。ここで $M \approx 2.86 \times 10^{16}$ GeV および $m \approx 1.3 \kappa \sqrt{\lambda} \times 10^{15}$ GeV である。
• グレイビトロ制約が $T_r \lesssim 10^{10}$ GeV となるように自然に満たされ、特に光子へのグレイビトロ分岐比が低減され、$m_{3/2} \sim$ 数百GeV であれば成立する。
• 太陽および大気ニュートリノ振動データと整合する、プリミティブレプトゲネシスによるバリオン非対称性がモデルで生成される。
• $SU(3)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R \times U(1)_{B-L}$ GUTにおいて、必要な $M_S \approx 7.89 \times 10^{17}$ GeV および $\mu \approx 1.04 \times 10^{15}$ GeV は自然な値であると判明した。
• スムーズ型ハイブリッドインフレーション拡張では、インフレートン質量は $m_{\text{infl}} \approx 1.07 \times 10^{14}$ GeV であり、インフレーション経路に沿った安定なポテンシャルのおかげでインフレーションの終焉が滑らかである。
• シフト型ハイブリッドインフレーションモデルでは、インフレーションが破れた対称性の方向で進行するため、トポロジカル欠陥の災害的生成を回避する。