[논문 리뷰] INFLATION VERSUS THE COSMOLOGICAL MODULI PROBLEM

Gia Dvali|arXiv (Cornell University)|1995. 03. 07.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 일반적인 초대칭 중력 이론에서 인플레이션 기간 동안 모듈리 질량이 일반적으로 허블 파라미터와 같거나 그보다 크다는 것을 보여준다. 이는 평탄한 방향을 안정화시키는 F-항 또는 D-항 에너지 밀도의 지배적인 기여 때문이며, 이는 표준 인플레이션 시나리오가 높은 허블 스케일을 가질지라도 정밀 조정이나 특수한 역학을 요구하지 않고도 우주론적 모듈리 문제를 자연스럽게 해결할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We show that in generic supergravity theories the mass of the moduli during inflation is larger (or at least of the same order of magnitude) than the Hubble constant. This fact does not depends on the details of the inflation and on the value of the Hubble parameter during it. The reason is that inflationary universe is dominated by large F-term (or D-term) density which is higher than the SUSY breaking scale in the present minimum and stabilizes the flat directions of the supersymmetric vacua. Therefore, in general even standard inflationary scenarios (with large H) may solve the cosmological moduli problem.

연구 동기 및 목표

• 장수명의 모듈리 입자가 빅뱅 핵합성과 구조 형성에 영향을 줄 수 있는 초대칭 우주론에서 주요 장애물인 우주론적 모듈리 문제를 해결하기 위해.
• 추가 메커니즘이나 정밀 조정 없이도 표준 인플레이션 시나리오가 모듈리 문제를 해결할 수 있는지 조사하기 위해.
• 일반적인 초대칭 중력 이론에서 인플레이션 기간 동안 모듈리 질량과 허블 파라미터 사이의 관계를 규명하기 위해.
• 인플레이션 기간 동안 F-항 또는 D-항 에너지 밀도가 평탄한 방향을 자연스럽게 안정화시켜 모듈리 질량을 증가시킨다는 것을 확립하기 위해.
• 인플레이션 기간 동안 모듈리 질량이 특정 인플레이션 모델에 관계없이 일반적으로 허블 스케일과 같거나 그보다 크다는 것을 보여주기 위해.

제안 방법

• 평탄한 방향을 가진 초대칭 중력 이론의 분석을 통해 인플레이션 기간 동안의 효과적 포텐셜에 초점을 맞춘 분석.
• 인플레이션 기간 동안 지배적인 에너지 밀도로 F-항 또는 D-항 진공 에너지가 식별되며, 이는 초대칭을 깨뜨리고 모듈리 질량을 올린다.
• 초대칭의 초위상함수와 켈러 포텐셜을 사용하여 인플레이션 진공 상태에서 모듈리 장의 효과적 질량을 계산.
• 모듈리 질량 스케일을 허블 파라미터와 비교하여, 높은 에너지 밀도로 인해 모듈리 질량이 허블 스케일을 초월하거나 그와 맞추어진다는 것을 보여줌.
• 인플레이션 기간 동안 큰 F-항 또는 D-항 기여가 평탄한 방향의 안정성에 미치는 영향 평가.
• 이러한 행동이 특정 인플레이션 메커니즘 또는 허블 파라미터 값에 관계없이 초대칭 이론 전반에 걸쳐 일반적인 성질임을 입증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 추가적인 가정 없이도 표준 인플레이션 시나리오가 우주론적 모듈리 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ2 초대칭 이론에서 인플레이션 기간 동안 허블 파라미터와 모듈리 장의 질량 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 왜 일반적인 모델에서 인플레이션 기간 동안 모듈리 질량이 허블 스케일보다 크거나 그와 유사한 경향을 보이는가?
• RQ4 인플레이션 기간 동안 F-항 또는 D-항 에너지가 지배적일 경우 평탄한 방향이 안정화되고 위험한 모듈리 기여가 억제되는가?
• RQ5 다양한 초대칭 중력 프레임워크에서 인플레이션을 통한 모듈리 문제 해결이 모델에 독립적인가?

주요 결과

• 일반적인 초대칭 중력 이론에서, 특정 인플레이션 모델에 관계없이 인플레이션 기간 동안 모듈리 질량은 일반적으로 허블 파라미터와 같거나 그보다 크다.
• 인플레이션 기간 동안 F-항 또는 D-항 에너지 밀도가 모듈리 질량을 올리고 평탄한 방향을 안정화시키며, 위험한 늦은 시기의 붕괴를 억제한다.
• 이 안정화는 인플레이션 기간 동안의 에너지 밀도가 현재의 초대칭 깨짐 스케일을 초월하기 때문에 발생하며, 이로 인해 모듈리 장에 상당한 질량 갭이 생긴다.
• 이 결과는 표준 인플레이션 시나리오가 조절되지 않은 높은 허블 파라미터를 가질지라도 자연스럽게 우주론적 모듈리 문제를 해결할 수 있음을 시사한다.
• 정밀 조정이나 특수한 역학이 필요로 하지 않으며, 이 해결은 초대칭의 일반적인 구조와 인플레이션 기간 동안의 에너지 지배성에 기인한다.
• 허블 파라미터의 값에 관계없이 이 결론은 넓은 범위의 모델에서 유효하므로 강건하다.