[논문 리뷰] Dark matter and Inflation in PeV scale SUSY

Girish Kumar Chakravarty, Najimuddin Khan외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 12.

Computational Physics and Python Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 CMB 관측과도 일치하는 피브 테라절터(10^15 eV) 스케일의 통합 초대칭 모형을 제안하여, 우주 팽창과 아이스컵에서 관측된 피브 뉴트리노를 동시에 설명한다. 스케일 없는 칼라-포텐셜과 힉스-스네우트론 쌍의 D-항 팽창을 통해 스타로브inskij 유형의 팽창을 실현하고, 약 6 피브 빈오-유사 어두운 물질 입자가 약 11%의 잔류 밀도 기여를 하며, 이들의 붕괴가 아이스컵의 플럭스를 재현한다. 게이지 통합과 125 기로볼트의 힉스는 고스케일 초대칭 붕괴에 의한 RGE 연장에 의해 유지된다.

ABSTRACT

We construct an unified model of inflation and PeV dark matter which is consistent with the CMB observations and can explain the PeV neutrinos at IceCube. A no-scale K\ahler potential and an appropriate choice of gauge kinetic function in MSSM superfields can result in Starobinsky like Higgs-sneutrino plateau inflation from $D$-term potential. The SUSY breaking at the PeV scale is achieved through the Polonyi field. This sets the scales $m_0, m_{\frac{1}{2}}, A_0$ at the GUT scale in terms of the parameters of the theory. The low energy (PeV scale) spectrum is obtained by running the RGEs. We show that the $\sim$125 GeV higgs and the gauge coupling unification can be achieved in this model. The $6$ PeV bino-type dark matter is a subdominant fraction ($\sim 11\%$) of the relic density and its decay gives the PeV scale neutrino flux observed at IceCube by choosing the couplings of the $R$-parity violating operators.

연구 동기 및 목표

• CMB 관측과도 일치하는 단일 초대칭 프레임워크 내에서 팽창과 피브 스케일 어두운 물질을 통합하는 것.
• 고스케일 초대칭 붕괴를 가진 모형에서 125 기로볼트의 힉스 보손 기원과 게이지 커플링 통합을 설명하는 것.
• 아이스컵에서 관측된 피브 뉴트리노 플럭스를 무거운 빈오-유사 어두운 물질 입자의 붕괴를 통해 설명하는 것.
• 스케일 없는 MSSM 설정에서 힉스 및 스네우트론 장을 이용해 D-항 팽창을 실현하고, 스타로브inskij 유사 플랫폼을 얻는 것.
• 폴로니-매개 초대칭 붕괴에 의해 설정된 GUT 스케일 경계 조건에서 GUT 스케일에서 전기약력 스케일까지의 RGE 연장에 의해 일관된 저에너지 스펙트럼을 실현하는 것.

제안 방법

• 스케일 없는 칼라-포텐셜과 MSSM 초스케일 장들에 특별한 게이지 운동량 함수를 적용하여 팽창을 위한 평탄한 D-항 포텐셜을 생성하는 것.
• 폴로니 장을 이용해 피브 스케일에서 초대칭을 붕괴시키고, m₀, m₁/₂, A₀의 GUT 스케일 경계 조건을 설정하는 것.
• GUT 스케일에서 전기약력 스케일까지의 양자역학적 군 방정식(RGEs)을 연장하여 저에너지 스펙트럼을 결정하는 것.
• 조절된 커플링을 가진 R-짝성 위반 연산자를 도입하여 6 피브 빈오-유사 어두운 물질이 뉴트리노로 붕괴되도록 하여 아이스컵 플럭스를 일치시키는 것.
• D-항 기여를 통해 스타로브inskij 유사 팽창 플랫폼을 지지하는 힉스-스네우트론 하이브리드 포텐셜을 구성하는 것.
• 팽창 모형에서 스케일 스펙트럼 지수와 탄성파 대 스펙트럼 비율을 확인하여 CMB 관측과의 일관성을 확보하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 피브 스케일 초대칭 모형이 동시에 성공적인 D-항 팽창과 아이스컵에서 관측된 피브 뉴트리노 플럭스를 설명할 수 있는가?
• RQ2 피브 스케일에서 고스케일 초대칭 붕괴를 가진 모형에서 125 기로볼트의 힉스 질량과 게이지 커플링 통합은 어떻게 달성되는가?
• RQ3 폴로니 장은 이 통합 프레임워크에서 소프트 질량의 GUT 스케일 경계 조건을 설정하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 R-짝성 위반 연산자의 포함은 무거운 빈오-유사 어두운 물질이 피브 뉴트리노로 붕괴되게 하면서도 잔류 밀도 제약과 일치하는가?
• RQ5 스케일 없는 칼라-포텐셜과 D-항 포텐셜이 함께 스타로브inskij 유사 팽창 플랫폼을 얼마나 잘 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 힉스 및 스네우트론 장을 포함한 D-항 포텐셜을 통해 CMB 관측과도 일치하는 스타로브inskij 유사 팽창 플랫폼을 실현한다.
• 피브 스케일 초대칭 붕괴에 의해 설정된 GUT 스케일 경계 조건에서의 RGE 연장에 의해 125 기로볼트의 힉스 보손 질량이 성공적으로 재현된다.
• 모형에서 게이지 커플링 통합이 유지되어 최소 초대칭 대통합 이론과의 일관성을 나타낸다.
• 6 피브 빈오-유사 어두운 물질 입자는 전체 잔류 밀도의 약 11% 기여를 하며, 천체물리학적 제약과 일치한다.
• 이 어두운 물질 입자의 붕괴가 R-짝성 위반 연산자를 통해 뉴트리노로 일어나 아이스컵에서 관측된 피브 뉴트리노 플럭스를 재현한다.
• 모형은 GUT 스케일에서의 기본 이론에 의해 결정된 모든 매개변수를 바탕으로 RGE 연장에 의해 일관된 저에너지 스펙트럼을 실현한다.