[論文レビュー] Supersymmetry and Inflation

S. Ferrara, Augusto Sagnotti|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2015

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、N=1超対称重力理論におけるインフレーションモデルを検討し、インフレートンを超多重項に埋め込み、スゴルドスティノとD項のダイナミクスを介した超対称性の破れを分析する。α変換されたR+R²超重力理論モデルのクラスを提示し、スタロビンスキー・ポテンシャルを再現し、nₛ ≈ 0.97およびr < 0.11を予測する。これはプランク2015年のデータと整合的であり、初期CMBの異常を説明する可能性がある上昇スカラーの振る舞いを導入する。

ABSTRACT

Theories with elementary scalar degrees of freedom seem nowadays required for simple descriptions of the Standard Model and of the Early Universe. It is then natural to embed theories of inflation in supergravity, also in view of their possible ultraviolet completion in String Theory. After some general remarks on inflation in supergravity, we describe examples of minimal inflaton dynamics which are compatible with recent observations, including higher-curvature ones inspired by the Starobinsky model. We also discuss different scenarios for supersymmetry breaking during and after inflation, which include a revived role for non-linear realizations. In this spirit, we conclude with a discussion of the link, in four dimensions, between "brane supersymmetry breaking" and the super--Higgs effect in supergravity.

研究の動機と目的

• 最小のスカラー多重項を用いて、N=1超重力理論に単一場インフレーションモデルを埋め込むこと。
• インフレーションの予測をプランク2015年のデータ、特にnₛ ≈ 0.97およびr < 0.11と一致させること。
• インフレーション中およびその直後に発生する超対称性の破れメカニズムを調査すること。非線形実現とスーパーヒッグス効果を含む。
• 弦理論におけるブレーンの超対称性の破れと、4次元超重力理論におけるスーパーヒッグス効果との関連を明らかにすること。
• 上昇スカラー場を用いた前インフレーション期のダイナミクスをモデル化し、初期スペクトルに与える影響を検討すること。

提案手法

• nilpotent超多重項Sを用いてスゴルドスティノを伴わないインフレーションを実現する、Kähler汎関数Kと超ポテンシャルWを用いたN=1超重力理論の構築。
• Kähler汎関数K = -3 log(T + T̄) + h(T,T̄) S S̄および超ポテンシャルW = W₀ + f Sを用いて、α変換R+R²超重力理論を実装する。
• 超重力理論のラグランジュアンからスカラー・ポテンシャルを導出し、V = e^K (K^{i j̄} D_i W D_j̄ W̄ - 3 |W|²) を得る。
• ε = (M_P²/2)(V′/V)²およびη = M_P²(V′′/V)を用いたスローロール近似により、nₛとrを計算する。
• 前インフレーション期の上昇行動をモデル化するため、二重指数関数的ポテンシャルV = V₀(e^{-2φ} + e^{-2γφ})（γ = 1/12）を分析する。
• nilpotent多重項を用いて4次元超重力理論に臨界的指数関数的ポテンシャルを埋め込み、スカラーのダイナミクスを安定化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スタロビンスキーインフレーションモデルは、高次曲率補正を含むN=1超重力理論にどのように埋め込むことができるか？
• RQ2 α変換R+R²超重力理論は、スペクトル指数nₛおよびテンソル対スカラー比rにどのような影響を与えるか？
• RQ3 前インフレーション期における上昇スカラー場は、初期スペクトルおよびCMBの多重極にどのように影響を与えるか？
• RQ4 nilpotent超多重項は、スゴルドスティノを伴わないインフレーションの実現およびスカラー・ポテンシャルの安定化にどのような役割を果たすか？
• RQ5 弦理論におけるブレーンの超対称性の破れは、4次元超重力理論におけるスーパーヒッグス効果とどのように関連するか？

主な発見

• α変換R+R²超重力理論モデルは、nₛ = 1 - 2/Nおよびr = 12α/N²を導出し、α = 1（スタロビンスキー・モデル）のときプランク2015年のデータと一致する。
• α → ∞の極限では、モデルはV₀ ∝ m²φ²の形のチャオティックインフレーションに還元され、r = 8/Nおよびnₛ ≈ 0.97を再現する。
• γ = 1/12の二重指数関数的ポテンシャルは、nₛ ≈ 0.96を生成し、観測されたnₛ ≈ 0.97に近く、低次の quadrupoleとℓ ≈ 20付近の dipsを説明できる。
• モデルは、初期スペクトルに特徴を生成する可能性がある前インフレーション期の上昇フェーズを予測する。これは、チビショフ＝ムカノフプロファイルとは異なる前インフレーションピークを生じる可能性がある。
• 四重極の減衰に関連する宇宙論的スケールΔ ≈ 2800 Mpcは、前インフレーション期のエネルギー スケールが約10¹⁴ GeVであり、約65エーフォールドに相当する。
• nilpotent超多重項の構成により、臨界的指数関数的ポテンシャルを4次元超重力理論に埋め込むことが可能となり、従来のモデルを一般化し、安定なインフレーションダイナミクスを実現できる。