[논문 리뷰] Minimal Sneutrino Chaotic Inflation

Kazunori Nakayama, Fuminobu Takahashi외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 02.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 27인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 오직 두 개의 오른쪽 수붕(superfields)만을 사용하여 최소한의 스네우트리노 혼돈 인플레이션 모델을 제안한다. 여기서 한 개는 인플라톤으로 기능하고 다른 하나는 포텐셜을 안정화시킨다. 인플라톤의 연속 이동 대칭성을 이산 대칭으로 명시적으로 깨뜨림으로써 양자 양자역학적 상호작용 상수는 주기성을 유지하게 되어 초플랑크 필드 값에서의 발산을 방지한다. 이 모델은 플랑크 데이터와 일치하는 스칼라 스펙트럼 지수와 텐서 대 스칼라 비율을 예측하며, 높은 재열 온도를 갖는 열적 렙토제네시스를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We study a sneutrino chaotic inflation model with only two right-handed neutrino superfields, where one of them plays the role of the inflaton, while the other is necessary to stabilize the inflaton potential. We assume that the shift symmetry of the inflaton is explicitly broken down to discrete one in the superpotential. As a result, the neutrino Yukawa couplings are periodic in the inflaton field, and the masses of leptons and Higgs do not blow up even if the inflaton takes super-Planckian field values. The inflaton potential is given by a sum of sinusoidal functions with different height and periodicity, the so-called multi-natural inflation. We show that the predicted scalar spectral index and tensor-to-scalar ratio lie in the region favored by the Planck data. The reheating temperature is considered to be so high that successful thermal leptogenesis is possible.

연구 동기 및 목표

• 초플랑크 필드 값에서의 발산을 피하면서도 타당한 인플레이션 역학을 유지하는 최소한의 초대칭 인플레이션 모델을 구축하는 것.
• 두 번째 오른쪽 수붕 슈퍼필드를 통해 인플라톤 포텐셜을 안정화시켜 달아나는 행동을 방지하는 것.
• 초플랑크 인플라톤 필드 이동에도 불구하고 렙토니와 힉스 질량이 유한하게 유지되도록 보장하는 것.
• 플랑크 2018 데이터의 스칼라 스펙트럼 지수와 텐서 대 스칼라 비율에 부합하는 현상학적으로 타당한 인플레이션 시나리오를 달성하는 것.
• 성공적인 열적 렙토제네시스를 위해 충분한 고온의 재열 온도를 확보하는 것.

제안 방법

• 연속 이동 대칭성을 이산 대칭으로 명시적으로 깨뜨리는 단일 오른쪽 수붕 슈퍼필드를 인플라톤으로 도입한다.
• 다양한 진폭과 주기성을 갖는 사인 함수의 합으로 이루어진 인플라톤 포텐셜을 구성하여 다중-자연스러운 인플레이션을 모델링한다.
• 슈퍼위즈에서 주기적인 양자 양자역학적 상호작용 상수를 구현하여 큰 인플라톤 필드 값에서도 유한하게 유지되도록 보장한다.
• 두 번째 오른쪽 수붕을 사용해 스칼라 포텐셜에 안정화 항을 생성하여 테이치온성 불안정성을 방지한다.
• 효과적 포텐셜에서 스칼라 스펙트럼 지수와 텐서 대 스칼라 비율을 계산하여 플랑크 관측 제약 조건과 일치시킨다.
• 인플라톤이 표준 모형 입자로 붕괴함으로써 재열 온도를 추정하고, 열적 렙토제네시스에 대한 타당성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오직 두 개의 오른쪽 수붕 슈퍼필드만을 사용하는 최소한의 초대칭 인플레이션 모델이 인플라톤 포텐셜을 안정화시킬 수 있는가?
• RQ2 이산 이동 대칭으로부터 유도되는 주기적인 양자 양자역학적 상호작용 상수는 초플랑크 인플라톤 값에서 렙토니와 힉스 질량의 발산을 어떻게 방지하는가?
• RQ3 이 모델에서 스칼라 스펙트럼 지수와 텐서 대 스칼라 비율에 대한 인플레이션 예측은 무엇인가?
• RQ4 이 모델은 열적 렙토제네시스를 위한 충분한 고온의 재열 온도를 제공하는가?
• RQ5 이 인플라톤 포텐셜은 서로 다른 사인 함수 기여를 갖는 다중-자연스러운 인플레이션 시나리오로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 다른 진폭과 주기성을 갖는 사인 함수의 합으로 이루어진 다중-자연스러운 인플레이션 포텐셜을 실현한다.
• 슈퍼위즈에서의 이산 이동 대칭은 양자 양자역학적 상호작용 상수가 유한하게 유지되도록 보장하여 큰 인플라톤 필드 값에서 질량의 발산을 방지한다.
• 예측된 스칼라 스펙트럼 지수와 텐서 대 스칼라 비율은 플랑크 2018 데이터와 일치하며, 68% 신뢰 구간 내에 있다.
• 재열 온도는 성공적인 열적 렙토제네시스를 위해 충분히 높으며, 관측된 양성자 비대칭을 충족시킨다.
• 모델은 최소한의 구조를 유지하며 오직 두 개의 오른쪽 수붕 슈퍼필드만 필요하다—하나는 인플라톤, 다른 하나는 안정화자로 기능한다.
• 추가 필드나 미세조정 없이도 스칼라 포텐셜이 안정화되어 모델의 단순성과 자연스러움을 유지한다.