[논문 리뷰] Inflation from string field theory

Alexey S. Koshelev, Paulo Vargas Moniz외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 05.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 83인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 브레인 붕괴 기간 동안 개방 끈 타키온과의 결합으로 인해 폐쇄 끈 도리톤이 비국소적 인플라톤으로 작용하는 데스크립션 이론에서의 새로운 인플레이션 메커니즘을 제안한다. 이는 우주론적 예측이 우수한 단일장 인플레이션(스펙트럼 기울기 ns ≈ 0.967)과 조절 가능한 r < 0.1의 텐서-스칼라 비율을 달성하며, 스칼라 장의 이차 상호작용을 포함하는 새로운 양자장 이론의 이중장 등각 대칭 모델을 제안한다. 이 모델은 스타로브inskaya 유형의 인플레이션과 상승된 진공 에너지 최소값을 유도한다.

ABSTRACT

In the framework of string field theory (SFT) a setting is considered, where the closed string dilaton is coupled to the open string tachyon at the final stage of an unstable brane or brane-anti-brane pair decay. The structure of non-locality leads to interesting inflationary scenarios. Concretely, we show that this configuration can lead to viable inflation by means of the dilaton becoming a non-local (infinite-derivative) inflaton. We obtain (i) a class of single field inflation with universal attractor predictions at $n_{s}\sim0.967$ with any value of $r<0.1$, where the tensor to scalar ratio $r$ can be solely regulated by parameters of the SFT; (ii) a new class of two field conformally invariant models with a peculiar quadratic cross-product of scalar fields. In particular, we analyze a specific case where a spontaneously broken conformal invariance leads to Starobinsky like inflation, plus creating an uplifted potential minimum which accounts for vacuum energy after inflation.

연구 동기 및 목표

• 스트링 필드 이론에서 불안정한 D-브레인 또는 브레인-반브레인 쌍의 붕괴에서 기인하는 인플레이션 시나리오를 탐색한다.
• 도리톤-타키온 결합의 비국소성 구조가 타당한 인플레이션 역학을 어떻게 유도할 수 있는지 조사한다.
• 우주론적 예측이 우수하고 조절 가능한 텐서-스칼라 비율 r을 가진 단일장 인플레이션 모델을 구축한다.
• 이차 스칼라 장 상호작용을 포함하는 새로운 이중장 등각 대칭 모델을 개발한다.
• 등각 대칭의 자발적 위반이 스타로브inskaya 유형의 인플레이션과 붕괴 후 안정된 진공 에너지 최소값을 어떻게 유도하는지 보여준다.

제안 방법

• 브레인 붕괴의 끝에서 폐쇄 끈 도리톤과 개방 끈 타키온 간의 결합을 포함하는 스트링 필드 이론 프레임워크를 수립한다.
• 비국소적(무한 차수 도함수)의 도리톤 부문을 도입하여 비국소적 인플레이션 역학을 모델링한다.
• SFT 설정에서 유도된 효과적 장 이론 작용을 단일장 및 이중장 인플레이션 모델에 적용한다.
• 스칼라 장 잠재력의 구조를 분석하여 이중장 모델에서 스칼라 장 간의 이차 상호작용을 식별한다.
• 이중장 시스템에 등각 대칭 기법을 적용하여, 스타로브inskaya 유사 행동을 유도하는 자발적 위반을 식별한다.
• 유도된 모델에서 스칼라 스펙트럼 기울기 ns 및 텐서-스칼라 비율 r과 같은 우주론적 관측량을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 브레인 붕괴 기간 동안 타키온과의 결합으로 인해 스트링 필드 이론의 도리톤이 비국소적 인플라톤으로 작용할 수 있는가?
• RQ2 유도된 단일장 인플레이션 모델의 우주론적 예측은 무엇인가? 특히 ns와 r에 대해 어떻게 되는가?
• RQ3 스칼라 장의 이차 상호작용을 포함하는 이중장 시스템을 포함할 경우 인플레이션 역학은 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 이중장 모델에서의 등각 대칭의 자발적 위반이 스타로브inskaya 유사 인플레이션과 붕괴 후 안정된 진공 에너지를 유도할 수 있는가?
• RQ5 스트링 필드 이론 설정의 매개변수를 통해 텐서-스칼라 비율 r는 어느 정도 조절 가능한가?

주요 결과

• 모델은 우주론적 예측이 우수한 단일장 인플레이션을 제공하며, 스펙트럼 기울기 ns ≈ 0.967로 우수한 우주론적 예측에 부합한다.
• 텐서-스칼라 비율 r는 임의로 작게 만들 수 있으며(r < 0.1), 스트링 필드 이론 설정의 매개변수에 의해 완전히 조절된다.
• 스칼라 장 간의 특징적인 이차 상호작용을 포함하는 새로운 이중장 등각 대칭 모델이 구축되었다.
• 이중장 모델에서의 등각 대칭 자발적 위반은 스타로브inskaya 유사 인플레이션 경로를 유도한다.
• 모델은 붕괴 후 상승된 잠재력 최소값을 생성하며, 이는 관측된 진공 에너지(어둠의 에너지)를 설명한다.
• 도리톤 장의 비국소적 구조는 효과적 장 이론 제약 조건을 유지하면서도 새로운 우주론적 결과를 가능하게 한다.