[논문 리뷰] Double sneutrino inflation and its phenomenologies

Xiao-Jun Bi, Bo Feng외 1명|ArXiv.org|2003. 09. 17.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 볼록 눈물 모형에서 이중 스누트론 인플레이션 모델을 제안한다. 여기서 인플레이션은 먼저 무거운 스누트론 $\tilde{N}_2$에 의해 유도되고, 그 다음 가벼운 $\tilde{N}_1$에 의해 계속되며, 질량 비율 $6 \lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$을 가진다. 이 모형은 큰 스케일에서 초기 스펙트럼이 억제되어 CMB TT 4중항이 단일 스누트론 모형보다 현저히 낮게 나타나며, WMAP 데이터와 약 1.5σ 신뢰수준에서 잘 맞는다.

ABSTRACT

In this paper we study double scalar neutrino inflation in the minimal supersymmetric seesaw model in light of WMAP. Inflation in this model is firstly driven by the heavier sneutrino field $ ilde{N}_2$ and then the lighter field $ ilde{N}_1$. we will show that with the mass ratio $6\lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$ the model predicts a suppressed primordial scalar spectrum around the largest scales and the predicted CMB TT quadrupole is much better suppressed than the single sneutrino model. So this model is more favored than the single sneutrino inflation model. We then consider the implications of the model on the reheating temperature, leptogenesis and lepton flavor violation. Our results show that the seesaw parameters are constrained strongly by the reheating temperature, together with the requirement by a successful inflation. The mixing between the first generation and the other two generations in the right-handed neutrino sector is tiny. The rates of lepton flavor violating processes in our scenario depend on only 4 unknown seesaw parameters through a 'reduced' seesaw formula, besides $U_{e3}$ and the supersymmetric parameters. We find that the branching ratio of $μ o e γ$ is generally near the present experimental limit, while ${ m Br}(τ o μγ)$ is around $\mathcal{O}(10^{-10} - 10^{-9})$.

연구 동기 및 목표

• WMAP가 관측한 CMB TT 4중항과 스펙트럼 기울기 변화율 간의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 최소 초대칭 눈물 모형에서 이중 스누트론 인플레이션 메커니즘이 단일 스누트론 모형보다 CMB 데이터를 더 잘 설명할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 재가열 온도, 레프토제네시스 및 레프톤 품질 위반(LFV) 과정을 통해 눈물 모수를 제약하기 위해.
• 모형의 현상학적 의미가 중성미온 질량, LFV 붕괴 확률 및 비편재 대칭성에 어떻게 영향을 주는지 규명하기 위해.

제안 방법

• 잠재 에너지 $V(\phi_1,\phi_2) = \frac{1}{2}m_1^2\phi_1^2 + \frac{1}{2}m_2^2\phi_2^2$를 가진 이중장 초기 인플레이션으로 모델링하며, 여기서 $\phi_1 = \tilde{N}_1$, $\phi_2 = \tilde{N}_2$이다.
• 세 개의 오른쪽 수동 중성미온을 포함한 눈물 메커니즘을 사용하여 가벼운 왼쪽 수동 중성미온 질량을 생성하며, 가장 무거운 $\tilde{N}_3$는 인플레이션에서 분리된다.
• LFV 비율을 오직 네 개의 미지 눈물 모수 $U_{e3}$와 SUSY 모수로 표현하기 위해 '단순화된' 눈물 공식을 적용한다.
• 초기 스펙트럼을 계산하고 WMAP 첫 해 데이터와 비교하여 질량 비율 $M_2/M_1$를 제약한다.
• 중력입자 문제로부터 재가열 온도 제약을 적용하여 눈물 모수 공간을 제한한다.
• 가장 가벼운 스누트론 인플레이션 입자의 붕괴를 통한 비열적 레프토제네시스를 분석하며, 비편재 대칭성은 눈물 모수에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 스누트론 인플레이션 모형이 단일 스누트론 모형보다 CMB TT 4중항을 더 효과적으로 억제할 수 있는가? 이는 WMAP 관측 결과와의 일치를 향상시키는가?
• RQ2 중력입자 문제와 재가열 온도 제약이 이 인플레이션 맥락에서 눈물 모형의 타당한 모수 공간을 어떻게 형성하는가?
• RQ3 이 모형에서 $\mu \to e\gamma$ 및 $\tau \to \mu\gamma$와 같은 레프톤 품질 위반 과정의 예측 붕괴 비율은 무엇인가?
• RQ4 이 이중 스누트론 인플레이션 설정에서 레프토제네시스와 레프톤 품질 위반 간의 연결 고리가 존재하는가?
• RQ5 이 모형은 관측된 비편재 대칭성과 중성미온 무거운 이중베타 붕괴 신호를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 질량 비율 $6 \lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$ 이며 $M_1 \sim 1.7 \times 10^{13}$ GeV인 이중 스누트론 모형은 큰 스케일에서 초기 스칼라 스펙트럼을 억제하여, 단일 스누트론 모형보다 CMB TT 4중항이 현저히 낮아진다.
• 이 억제 효과는 WMAP 데이터와의 일치를 향상시키며, 단일 스누트론 시나리오 대비 약 1.5σ의 신뢰수준에서 모형을 지지한다.
• 중력입자 문제에 의해 재가열 온도는 $\lesssim \mathcal{O}(10^{10})$ GeV로 제약되며, 이는 눈물 모수 공간을 강력하게 제한한다.
• $\mu \to e\gamma$의 붕괴 비율은 일반적으로 현재의 실험적 한계에 근접하거나 초과하며, $\text{Br}(\tau \to \mu\gamma)$는 $\mathcal{O}(10^{-10} - 10^{-9})$로 현재의 한계보다 훨씬 낮게 예측된다.
• 레프토제네시스는 가장 가벼운 스누트론 인플레이션 입자의 붕괴를 통해 발생하며, 눈물 모수를 조정함으로써 비편재 대칭성을 성공적으로 생성할 수 있다.
• 중성미온 무거운 이중베타 붕괴에 대한 효과적 메이저나 마스터 질량은 $\langle m \rangle_{ee} \sim (2\sim 4) \times 10^{-3}$ eV로 추정되며, 이는 관측된 붕괴 신호를 설명하기 어렵다.