[論文レビュー] The Standard model Higgs as the inflaton

Fedor Bezrukov|ArXiv.org|May 15, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、標準模型のヒッグス粒子が重力に対して大きな非最小結合（$\xi \gg 1$）を持つ場合、新しい物理を導入せずにインフレーションを駆動できると提唱している。このモデルは、スカラー摂動のほぼスケール不変なスペクトルと極めて小さなテンソル対スカラー比（$r \approx 0.0033$）を予測し、WMAP-5観測と整合的である一方で、低エネルギーでの電弱物理学を保っている。

ABSTRACT

We describe how non-minimal coupling term between the Higgs boson and gravity can lead to the chaotic inflation in the Standard Model without introduction of any additional degrees of freedom. Produced cosmological perturbations are predicted to be in accordance with observations. The tensor modes of perturbations are practically vanishing in the model.

研究の動機と目的

• 標準模型ヒッグス粒子が、新しい場を導入することなく、重力への非最小結合を通じてインフレーションを駆動できることを示すこと。
• 得られる宇宙論的摂動スペクトルが、現在のCMB観測、特にWMAP-5データと一致することを示すこと。
• 量子補正がスローロールインフレーションに必要な平坦なポテンシャルを損なわないことを主張すること。
• 大規模な結合にもかかわらず、低エネルギースケールでの電弱物理学が変化しないことを確立すること。

提案手法

• ヒッグス場と重力の結合を表す非最小結合項 $\xi H^\dagger H R$ を含むジョルダン枠の作用を用いる。
• 理論をアインシュタイン枠に写像するための共形変換を適用し、ヒッグス場に非最小な運動項を導入する。
• 大スケール場のダイナミクスを捉えるために、場の再定義により新しいスカラー場 $\chi$ を定義する。
• アインシュタイン枠における有効ポテンシャル $U(\chi)$ を計算し、$\chi \gg M_P/\sqrt{\xi}$ の場合にほぼ平坦になることを示す。
• スローロール近似を用いて、$N=60$ のエーフォールディングを用いてスペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ の予測を導出する。
• 1ループの放射修正を分析し、それらが抑制されており、平坦なポテンシャルを破壊しないことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型ヒッグス粒子が、重力への非最小結合を通じて、単独でカオス的インフレーションを生成できるか？
• RQ2 得られるインフレーションモデルが、WMAP-5観測と整合する宇宙論的摂動を生成するか？
• RQ3 特に標準模型粒子からの量子補正が、スローロールインフレーションに必要な平坦なポテンシャルを不安定化させるほど十分か？
• RQ4 高エネルギーでのインフレーションを可能にする一方で、観測された電弱スケール物理学を保っているか？
• RQ5 宇宙論的観測によって、非最小結合パラメータ $\xi$ が制約可能か？

主な発見

• モデルは、スカラースペクトル指数が $n_s \approx 0.97$ であると予測し、WMAP-5観測の $1\sigma$ 確信領域と整合的である。
• テンソル対スカラー比は $r \approx 0.0033$ と予測され、非常に小さな初期重力波を示唆する。
• アインシュタイン枠における有効ポテンシャルは、$\chi \gg M_P/\sqrt{\xi}$ の場合にほぼ平坦になり、スローロールインフレーションが可能になる。
• 標準模型粒子からの放射修正は、ヤコビやゲージ結合によって抑制され、ポテンシャルの平坦性を損なわない。
• ヒッグス粒子の質量は、インフレーション以前の真空不安定性を避けるために、$130\,\text{GeV} < M_H < 190\,\text{GeV}$ の範囲に制限される。
• 電弱スケールとプランクスケールの間には新しい物理を導入せず、ヒッグス場が単独でインフレーションを媒介している。