[論文レビュー] The SUGRA Quintessence Model Coupled to the MSSM

Philippe Brax, Jérôme Martin|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 16被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）に結合する超対称重力（SUGRA）キヌセシスモデルを検討し、隠れたセクターにおける超対称性の破壊がキヌセシスポテンシャルを修正し、宇宙初期に場が早期に安定化することを示している。その結果、背景的および摂動的ダイナミクスが純粋な宇宙定数と区別できなくなる。理論的魅力は高いが、観測的区別可能性が損なわれる。

ABSTRACT

We study the cosmological evolution of the universe when quintessence is modeled within supergravity, supersymmetry is broken in a hidden sector, and we also include observable matter in a third independent sector. We find that the presence of hidden sector supersymmetry breaking leads to modifications of the quintessence potential. We focus on the coupling of the SUGRA quintessence model to the MSSM and investigate two possibilities. First one can preserve the form of the SUGRA potential provided the hidden sector dynamics is tuned. The currently available limits on the violations of the equivalence principle imply a universal bound on the vacuum expectation value of the quintessence field now, κ^{1/2}Q\ll 1. On the other hand, the hidden sector fields may be stabilised leading to a minimum of the quintessence potential where the quintessence field acquires a mass of the order of the gravitino mass, large enough to circumvent possible gravitational problems. However, the cosmological evolution of the quintessence field is affected by the presence of the minimum of the potential. The quintessence field settles down at the bottom of the potential very early in the history of the universe. Both at the background and the perturbation levels, the subsequent effect of the quintessence field is undistinguishable from a pure cosmological constant

研究の動機と目的

• 隠れたセクターにおける超対称性の破壊を伴うSUGRAキヌセシスモデルとMSSMの結合が及ぼす宇宙論的影響を調査すること。
• 得られるキヌセシスポテンシャルが、局所重力のテストと矛盾を避けることができるか、初期条件に対してアトラクター行動を示すかを評価すること。
• このモデルが、素粒子物理学および宇宙論的観測と両立可能な実現可能なダークエネルギーの状況を提供できるかを特定すること。

提案手法

• 指数的超対称重力補正を含むSUGRAにインspiredされたキヌセシスポテンシャルを用い、場に依存する係数と逆べき乗則の振る舞いをパラメータ化する。
• キヌセシスセクターをMSSMおよび超対称性が重力媒介によって破壊される隠れたセクターに結合する。
• 弱い等価原理および第五力実験からの制約を用いて、キヌセシス場の真空期待値を制限する。
• キヌセシス場の背景的進化および線形摂動を分析し、有効質量が時間に依存する背景で場の運動方程式を解く。
• 摂動の進化を記述するためにベッセル関数を用いる分析を含み、特に重ヒノの質量がハッブルパラメータに比べて大きい領域を対象とする。
• 得られたダイナミクスを純粋な宇宙定数と比較し、背景および摂動レベルでのずれを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMに結合するSUGRAキヌセシスモデルは、局所重力の制約を満たしつつ、キヌセシス場の有効なアトラクター解を維持できるか？
• RQ2 隠れたセクターにおける超対称性の破壊は、キヌセシスポテンシャルをどのように修正し、その宇宙論的進化に影響を与えるか？
• RQ3 この設定下で、キヌセシス場の摂動は、宇宙定数の状況からどの程度ずれるか？
• RQ4 安定化したキヌセシスポテンシャルの最小値は、場の遅い時間におけるダイナミクスおよび観測的シグネチャーにどのような意味を持つか？
• RQ5 キヌセシススケールの微調整を避けつつ、観測されたダークエネルギー密度を達成できるか？

主な発見

• 隠れたセクターにおける超対称性の破壊の存在により、最小値を持つ修正されたキヌセシスポテンシャルが生じ、宇宙の初期に非常に早く場がポテンシャルの底に落ち着く。
• キヌセシス場が最小値に達すると、その後の宇宙論的進化は、背景および摂動レベルの両方で純粋な宇宙定数と区別できなくなる。
• 摂動の崩壊が時間とともに進行し、成長モードが存在しないのは、解におけるベッセル関数の漸近的振る舞いによるものであり、キヌセシスによる顕著な構造形成効果がないことを示唆している。
• モデルは、κ¹/²Q ≪ 1 が満たされる必要があると予測しており、これは局所重力テストとの矛盾を避けるために、場の現在の値に強い制約を課す。
• 元のSUGRAポテンシャルの形を保つには、隠れたセクターのダイナミクスの微調整が必要であり、これは第五力や等価原理の破れに関する観測的制約と矛盾する。
• Kählerポテンシャルが小さな場の値で不規則である場合を除き、モデルの実現可能性は損なわれる。これは、将来のモデルにおいてノスケールまたは類似構造の必要性を示唆している。