[논문 리뷰] Identifying the curvaton within MSSM

Rouzbeh Allahverdi, Kari Enqvist외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 03. 30.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 60인용 수 28

한 줄 요약

이 논문은 열 보정과 소프트 SUSY 위반 A-항을 포함시켜 응축체를 안정화하고 조기에 진동을 가능하게 함으로써 MSSM u₁dd flat 방향을 타당한 커큐레이턴 후보로 규명한다. u₁dd 커큐레이턴은 에너지 밀도를 지배하고, 등온도 불규칙성을 CMB 등온도 변동으로 전환하며, Q-ball 붕괴를 통해 암흑물질을 생성할 수 있어 MSSM 내에서 우주론적으로 일관된 해결책이 된다.

ABSTRACT

We consider inflaton couplings to MSSM flat directions and the thermalization of the inflaton decay products, taking into account gauge symmetry breaking due to flat direction condensates. We then search for a suitable curvaton candidate among the flat directions, requiring an early thermally induced start for the flat direction oscillations to facilitate the necessary curvaton energy density dominance. We demonstrate that the supersymmetry breaking $A$-term is crucial for achieving a successful curvaton scenario. Among the many possible candidates, we identify the ${\bf u_1dd}$ flat direction as a viable MSSM curvaton.

연구 동기 및 목표

• 에너지 밀도를 지배하고 CMB 밀도 불규칙성을 생성할 수 있는 타당한 MSSM 평평한 방향 커큐레이턴 후보를 규명하는 것.
• 열 보정과 게이지 대칭 붕괴가 커큐레이턴 안정성과 열화율에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 소프트 SUSY 위반 A-항이 평평한 방향 진동을 연기하고 에너지 밀도 지배를 가능하게 하는 역할을 하는지 평가하는 것.
• 커큐레이턴이 열 증발을 견디고 붕괴할 때까지 일관성을 유지할 수 있는지 평가하는 것.
• 커큐레이턴 시나리오가 Q-ball 형성과 증발을 통해 동시에 CMB 변동과 암흑물질을 설명할 수 있는지 확인하는 것.

제안 방법

• 열 플라즈마 내의 게이지 보손과 페르미온이 기여하는 로그 질량 이동을 포함한 평평한 방향 포텐셜에 열 보정을 통합한다.
• 비재규격화 초합성 포텐셜 항(비율 n=6)을 사용하여 SUSY 위반 하에서 평평한 방향의 거동를 모델링한다.
• A-항을 적용하여 진위 진공 장벽을 생성함으로써 인플라션 중 및 이후 평평한 방향 VEV를 트랩한다.
• 게이지 보손이 매개하는 2→2 및 2→3 산란 과정을 통해 평평한 방향의 증발률을 평가하여, 허블 팽창보다 열역학적으로 열등함을 발견한다.
• 복사 지배 기간 동안 평평한 방향 VEV의 척도가 H^{3/4} 비례로 변화하고, 물질 지배 또는 진동 기간 동안 H 비례로 변화함을 분석한다.
• 후기 진동 기간 동안 Q-ball 형성과 그들이 LSP로 붕괴하여 암흑물질을 생성하는 메커니즘을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM 평평한 방향이 충분히 오래 열 증발을 견디며 에너지 밀도를 지배하고 CMB 불규칙성을 생성할 수 있는가?
• RQ2 열 보정과 게이지 대칭 붕괴는 인플라션 붕괴 생성물과 평평한 방향의 안정성에 열화율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 소프트 SUSY 위반 A-항은 평평한 방향 진동을 연기하고 에너지 밀도 지배를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 u₁dd 평평한 방향은 동시에 CMB 불규칙성과 암흑물을질을 생성할 수 있는 타당한 커큐레이턴 후보인가?
• RQ5 평평한 방향 응축체의 초기 진폭은 MSSM 내 커큐레이턴 메커니즘이 성공하는 데 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• u₁dd 평평한 방향은 약 3×10¹⁴ GeV의 큰 초기 VEV 덕분에 가장 유망한 MSSM 커큐레이턴 후보로 규명되었다.
• A-항은 진위 진공을 유도하여 평평한 방향 VEV를 안정화하고 진동을 연기하며 에너지 밀도 지배를 가능하게 한다.
• 열 증발률은 허블 팽창보다 열등하다 (Γ ∝ λ₁⁴⟨φ⟩ ≪ H)로 나타나 커큐레이턴이 붕괴할 때까지 생존함을 보장한다.
• 커큐레이턴의 등온도 불규칙성은 붕괴 시 관측과 일치하는 등온도 CMB 변동으로 전환된다.
• 후기 진동 기간 동안의 Q-ball 형성은 LSP 생성을 유도하며, 냉각 암흑물질 후보로 유력하다.
• 스펙트럼 지수는 1에 가까우며, WMAP 3년 데이터(ns = 0.951⁺⁰·⁰¹⁵₋₀·⁰¹⁹)와 일치하지만, 인플라션 부문의 세부 사항에 민감하게 의존한다.