[논문 리뷰] How the Diphoton Excess May Save Minimal Hybrid Inflation in Supergravity

Konstantinos Dimopoulos, Charlotte Owen|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 21.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 초대칭에서 최소 하이브리드 인플레이션을 복원하기 위해 750 GeV 이중광자 비례 증거와 관련된 스칼라 필드에 의해 이끌리는 짧은 열 인플레이션 단계를 도입함으로써 이를 수행한다. 플라톤의 큰 진공 기대값은 스펙트럼 인덱스를 플랑크 2σ 범위 내로 안정화시키며, 관측 가능한 텐서 대 스칼라 비율을 예측함으로써 기존 모형을 단순화된 카일러 포텐셜을 추가하지 않고도 복活시킨다.

ABSTRACT

Minimal hybrid inflation in supergravity has been ruled out by the 2015 Planck observations because the spectral index of the produced curvature perturbation falls outside observational bounds. To resurrect the model, a number of modifications have been put forward but they spoil the accidental cancellation that resolves the eta-problem and require complicated Kahler constructions to counterbalance the lost cancellation. In contrast, in this paper the model is rendered viable by supplementing the scenario with a brief period of thermal inflation, which follows the reheating of primordial inflation. The 750 GeV diphoton excess found at the LHC hints at a likely candidate for the scalar field responsible for thermal inflation, which requires a large non-zero vacuum expectation value (VEV) and a flat potential. We investigate the VEV of such a flaton field and its subsequent effect on the inflationary observables. We find that, for large VEV, minimal hybrid inflation in supergravity produces a spectral index within the 2-sigma Planck bound and a tensor-to-scalar ratio which will be observable in the near future. The mechanism is applicable to other inflationary models.

연구 동기 및 목표

• 플랑크 2015 데이터와의 불일치, 특히 관측 범위를 벗어나는 스펙트럼 인덱스 문제를 해결하기 위해 최소 하이브리드 인플레이션의 초대칭 모형이 플랑크 2015 데이터와의 불일치를 해결한다.
• 의도적 캔슬레이션을 깨뜨리는 복잡한 카일러 보정을 도입하지 않고도 최소 모형의 타당성을 복원한다.
• LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 비례 증거가 열 인플레이션을 이끄는 스칼라 필드의 물리적 실현 가능성일 수 있는지 탐색한다.
• 이 플라톤 필드의 진공 기대값이 최소 하이브리드 모형의 인플레이션 관측 가능성을 어떻게 영향을 주는지 조사한다.

제안 방법

• 기본 인플레이션 이후 짧은 열 인플레이션 단계를 도입하며, 평탄한 포텐셜과 큰 진공 기대값을 가진 스칼라 필드에 의해 이끌린다.
• 750 GeV 이중광자 공진을 열 인플레이터 필드의 후보로 식별하며, 평탄한 포텐셜과 큰 VEV를 활용한다.
• 효과적 포텐셜과 곡률 섭동 스펙트럼을 계산하며, 열 인플레이션 기여를 총 스펙트럼 강도에 통합한다.
• 플라톤의 큰 VEV를 이용해 효과적 질량과 인플레이션 포텐셜의 곡률를 수정함으로써 스펙트럼 인덱스를 관측 가능한 범위로 이동시킨다.
• 델타-N 형식을 적용하여 이중 단계 인플레이션 역학을 고려한 초기 곡률 스펙트럼 강도를 계산한다.
• 텐서 대 스칼라 비율과 스펙트럼 인덱스에 대한 제약 조건을 유도하며, 플랑크 2015년 2σ 범위와 향후 관측 감도와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 스칼라 필드에 의해 이끄는 짧은 열 인플레이션 단계가 초대칭 내 최소 하이브리드 인플레이션의 타당성을 복원할 수 있는가?
• RQ2 열 인플레이터 필드의 큰 진공 기대값이 곡률 섭동의 스펙트럼 인덱스에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 열 인플레이션의 포함이 최소 초대칭 모형에서 에타 문제를 해결하는 의도적 캔슬레이션을 유지하는가?
• RQ4 이 시나리오에서 예측되는 텐서 대 스칼라 비율은 무엇이며, 향후 실험에서 측정 가능한가?

주요 결과

• 750 GeV 플라톤 필드의 큰 진공 기대값은 플랑크 2015년 데이터의 2-시그마 관측 범위 내로 곡률 섭동의 스펙트럼 인덱스를 이동시킨다.
• 이 모형은 향후 근접한 실험에서 관측 가능한 텐서 대 스칼라 비율을 예측하여, 향후 CMB 실험으로 검증 가능하다.
• 이 메커니즘은 카일러 포텐셜 내 의도적 캔슬레이션을 유지하며, 모형의 자연스러움을 해치는 복잡한 보정이 필요 없음을 보여준다.
• 열 인플레이션 단계는 기본 인플레이션 단계 동안 효과적 포텐셜을 효과적으로 수정하여, 원래 최소 하이브리드 인플레이션의 구조를 변경하지 않고도 스펙트럼 인덱스를 안정화시킨다.
• 이 모형은 타당성과 예측 가능성을 유지하며, 이중광자 비례 증거는 열 인플레이터 필드의 구체적인 입자 물리학적 실현 가능성을 제공한다.