[論文レビュー] U(1)_B-L: Neutrino Physics and Inflation

V. N. Şenoğuz, Qaisar Shafi|ArXiv.org|Dec 13, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、$U(1)_{B-L}$ 対称性が約 $10^{16}$ GeV で破れる supersymmetric $U(1)_{B-L}$ 拓張 MSSM を提案し、ニュートリノ質量生成、インフレーション、およびレプトゲネシスを統一的に説明する。シー・サブ機構により軽いニュートリノ質量が説明され、インフレーションを駆動するインフレートン場 $S$ により、スカラースペクトル指数 $n_s = 0.99 \pm 0.01$ および無視できるテンソル対スカラー比が得られ、CMB 観測と整合的である。

ABSTRACT

A gauged U(1)_B-L symmetry predicts three right handed handed neutrinos and its spontaneous breaking automatically yields the seesaw mechanism. In a supersymmetric setting this breaking can be nicely linked with inflation to yield deltaT/ T proportional to (M_B-L / M_P)^2, where M_B-L (M_P) denote the B-L breaking (Planck) scale. Thus M_B-L is estimated to be of order 10^16 GeV, and the heaviest right handed neutrino mass is less than or of order 10^14 GeV. A second right handed neutrino turns out to have a mass of order 10-10^2 T_r, where T_r (=0.97. The tensor to scalar ratio r is negligible, and dn_s/dlnk

研究の動機と目的

• ニュートリノ質量生成、インフレーション、およびレプトゲネシスを supersymmetric $U(1)_{B-L}$ 拡張 MSSM 内で統一すること。
• CMB 異方性 $\delta T/T$ からのインフレーション制約を用いて $B-L$ 破れスケール $M_{B-L}$ を特定すること。
• R 対称性 $U(1)_R$ を用いて MSSM の $\mu$-問題を解決し、インフレーション後に $\langle S \rangle$ による $\mu$-項の動的生成を可能にすること。
• 再熱温度 $T_r$ が成功したレプトゲネシスとグラビトニ制約と整合的であることを保証すること。

提案手法

• ゲージノンの超多重域 $S$ と $U(1)_{B-L}$ に従う $\Phi, \overline{\Phi}$ のペアを用いた supersymmetric ハイブリッドインフレーションを実装し、超ポテンシャル $W = \kappa S(\Phi\overline{\Phi} - M^2)$ を採用する。
• $\mu$-項を摂動的レベルで禁止し、インフレーション後に $\langle S \rangle$ によるその動的生成を可能にするために $U(1)_R$ R 対称性を用いる。
• 一 Loop の放射修正（$\kappa$, $M$, $S$ に依存する対数項を含む）を含めた有効ポテンシャルを計算する。
• SUGRA補正を含めたインフレーションポテンシャルからスカラースペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ を導出する。
• インフレートンの崩壊幅 $\Gamma_h \propto \lambda^2 m_\chi$ と再熱温度 $T_r$ を関係づけ、$\lambda$ を $\lambda S h^2$ 項から得る。
• $U(1)_R$ の $Z_2$ 部分群を物質対称性として用い、次元 5 の陽子崩壊を抑制し、LSP の安定化を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMB 異方性 $\delta T/T$ からのインフレーション制約によって、$B-L$ 破れスケール $M_{B-L}$ はどのように制限されるか？
• RQ2 動的 $\mu$-項生成を伴う supersymmetric $U(1)_{B-L}$ モデル内において、MSSM の $\mu$-問題はどのように解決されるか？
• RQ3 $U(1)_R$ 対称性は、インフレーションの実現、陽子崩壊の抑制、および LSP の安定化において果たす役割は何か？
• RQ4 レプトゲネシスとグラビトニ制約と整合的である再熱温度 $T_r$ とインフレートン結合 $\kappa$ の有効範囲は何か？
• RQ5 ハイブリッドインフレーションおよびスムーズハイブリッドインフレーションにおいて、スカラースペクトル指数 $n_s$ とテンソル対スカラー比 $r$ はモデルパラメータにどのように依存するか？

主な発見

• $B-L$ 破れスケールは $M_{B-L} \sim 10^{16}$ GeV に制限され、シー・サブ機構と CMB 異方性からの観測された $\delta T/T$ と整合的である。
• 最も単純なモデルではスカラースペクトル指数は $n_s = 0.99 \pm 0.01$ と予測され、$r \ll 1$ かつ $dn_s/d\ln k \lesssim 10^{-3}$ となる。
• スムーズハイブリッドインフレーションでは $n_s \geq 0.97$ となり、テンソル対スカラー比は依然として無視できる。
• 再熱温度 $T_r$ はモデルの詳細と $\lambda$ 結合に依存し、ハイブリッドインフレーションで $2 \times 10^7$ GeV 以上、スムーズハイブリッドインフレーションで $4 \times 10^9$ GeV 以上に下限される。
• $\lambda S h^2$ 項の導入により $T_r$ は著しく増加し、ハイブリッドインフレーションで $T_r \gtrsim 4 \times 10^8$ GeV、スムーズハイブリッドインフレーションで $\gtrsim 10^{12}$ GeV となる。
• 最も重い右手ニュートリノ質量は $\lesssim 10^{14}$ GeV と推定され、第二の右手ニュートリノは $T_r$ の約 $10$ から $10^2$ 倍の質量を有する。