[論文レビュー] Supersymmetric Tuned Inflation

K.-I. Izawa, Y. Shinbara|ArXiv.org|Oct 5, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、超対称性が破れていない状態でも、Kählerポテンシャルを調整することでインフレーション場のポテンシャルを平坦化するメカニズムを提案する。超重力理論において、モノミナルな超ポテンシャル（W ∼ φ⁰ または φ²）と特定のKählerポテンシャルの歪みを用いることで、観測可能な予測（nₛ ≈ 0.96、r ∼ 10⁻⁴）を持つ、大場（chaotic）および小場（saddle-point）インフレーションの両方が実現可能であることが示された。

ABSTRACT

We address an issue what kind of tuning realizes a flat potential for inflaton in supergravity. We restrict ourselves to the case that inflationary dynamics is not affected by separate supersymmetry-breaking effects, and consider examples of a single chiral superfield as an inflaton with its vacuum of the vanishing cosmological constant. The examples potentially include the cases of Polonyi field or right-handed sneutrino as an inflaton.

研究の動機と目的

• 超重力理論において、超対称性が破れていない状態でも超対称的インフレーションがどのように実現可能かを調査すること。
• Kählerポテンシャルの調整が運動項とポテンシャルエネルギーの両方に影響することを踏まえ、超重力理論におけるスカラー場ポテンシャルの平坦化という課題に取り組むこと。
• モノミナルな超ポテンシャル（W ∼ φ⁰、φ²）とチューニングされたKählerポテンシャルを用いて、インフレーション場の平坦なポテンシャルの具体例を構築すること。
• Kählerポテンシャルの微調整が、大場および小場の両領域における有効なスローロールインフレーションをもたらすことを示すこと。
• 場の内容と超ポテンシャル構造に基づく、多様な超対称的インフレーションモデルの理解のための枠組みを提供すること。

提案手法

• 超重力理論におけるスカラー場ポテンシャルは、Kählerポテンシャル K と超ポテンシャル W を用いた標準的な式 V = e^K (K^{φφ̄} |W_φ + K_φ W|² - 3|W|²) から導出される。
• 大場インフレーションのため、再スケーリングされた場 φ = Aφ̃ に対して運動項がほぼカノニカルになるように、歪んだKählerポテンシャル K = 2A²x² + y² を用いる。これにより、W ∼ φ⁰ または φ² の条件下でカオス的インフレーションが可能になる。
• 小場インフレーションのため、場の値が小さい領域に近い鞍点を形成するようにKählerポテンシャルをチューニングする。W ∼ mφ² であり、Kには 2xyf + 2x²(1 - y²f²/3) のような項が含まれる。
• スローロールパラメータはポテンシャルの2階微分から計算され、CMBの振幅に一致するように正規化が行われ、|m| や A などのパラメータに制約が生じる。
• ニュートリノの重力レプトン問題の文脈でモデルを分析する。a ∼ 1 の場合、重力レプトン質量が 100 TeV 以上であるか、エントロピー希釈が発生しない限り、重力レプトンの過剰生成が生じる。
• 具体的な場に適用する：W ∼ φ⁰ の場合にポロニ場、W ∼ φ² の場合に右巻きスネュートリノ場を用いるが、現実のモデル構築は今後の課題として残されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称性が破れていない超重力理論において、Kählerポテンシャルの調整のみを用いて平坦なインフレーション場ポテンシャルを実現できるか？
• RQ2 モノミナルな超ポテンシャルを用いた超対称的設定において、どのようにしてカオス的（大場）インフレーションを実現できるか？
• RQ3 どのようなKählerポテンシャル構造が、小場インフレーションに適した近い鞍点ポテンシャルを生じさせるか？
• RQ4 このようなチューニングされたモデルの観測可能な予測（nₛ、r）は何か？また、CMB観測と整合性があるか？
• RQ5 重力レプトンの過剰生成制約は、これらのモデルの妥当性にどのように影響するか？

主な発見

• W ∼ φ⁰ または φ² の大場インフレーションにおいて、A ∼ 10⁶ の大きな A を持つ Kählerポテンシャル K = 2A²x² + y² を用いることで、y 方向にほぼ平坦なポテンシャルが得られ、カオス的インフレーションが可能になる。
• このモデルはスカラースペクトル指数 nₛ ≈ 0.96 およびテンソル対スカラー比 r ∼ 10⁻⁴ を予測し、プランク観測と整合的である。
• W ∼ mφ² の小場インフレーションにおいて、f = a - by² + dy⁴ かつ a = 25b²/(84d) のチューニングされたKählerポテンシャルを用いることで、y*² = 5b/(14d) に鞍点が形成され、φ* ∼ 10⁻¹ となる。
• モデルは |m| ∼ 10⁷ GeV（b ∼ 10⁷、d ∼ 10⁹、φ* ∼ 10⁻¹ の場合）を予測し、鞍点近傍でポテンシャルが V ∝ φ*¹⁰ のようにスケーリングする。
• 重力レプトン問題により、有効なパラメータ空間が制限される：a ∼ 1 の場合、重力レプトンの過剰生成を避けるためには、重力レプトン質量が100 TeV以上であるか、エントロピー希釈が発生する必要がある。
• この枠組みは、Kählerポテンシャルの微調整が、超対称性が破れていない状態でも大場および小場インフレーションの両方において、平坦なポテンシャルを成功裏に生成できることを示している。