[논문 리뷰] Moduli backreaction and supersymmetry breaking in string-inspired inflation models

Emilian Dudaş, Clemens Wieck|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 03.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 47인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 초대칭 깨짐이 존재하는 초중력 모형에서, 무거운 안정화 필드와 모듈리의 배경 효과를 조사한다. 이 효과들은 중력장 질량이 인플라톤보다 훨씬 큰 경우에도 여전히 탈리포화되지 않으며, 특히 높은 스케일 초대칭 깨짐을 가진 스트링 유도 시나리오에서 플랫폼 유형의 인플레이션 모형과 타당한 모듈리 안정화 메커니즘을 심각하게 제약한다.

ABSTRACT

We emphasize the importance of effects from heavy fields on supergravity models of inflation. We study, in particular, the backreaction of stabilizer fields and geometric moduli in the presence of supersymmetry breaking. Many effects do not decouple even if those fields are much heavier than the inflaton field. We apply our results to successful models of Starobinsky-like inflation and natural inflation. In most scenarios producing a plateau potential it proves difficult to retain the flatness of the potential after backreactions are taken into account. Some of them are incompatible with non-perturbative moduli stabilization. In natural inflation there exist a number of models which are not constrained by backreactions at all. In those cases the correction terms from heavy fields have the same inflaton-dependence as the uncorrected potential, so that inflation may be possible even for very large gravitino masses.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 깨짐이 존재하는 초중력 모형에서, 중량이 큰 안정화 필드와 모듈리가 인플레이션 포텐셜의 평탄함에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 스트링 유도 모형에서 성공적인 인플레이션과 일치하는 비추상적 모듈리 안정화가 가능한지 평가하는 것.
• 초대칭 깨짐 스케일이 허블 스케일과 유사할 때, 무거운 필드의 배경 효과가 자연 인플레이션과 플랫폼 모형의 타당성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 특히 중력장 질량 효과가 존재할 때, 무거운 필드를 통합한 후에도 인플라톤 포텐셜이 평탄한 상태를 유지할 수 있는 조건을 규명하는 것.
• 노스케일 및 비노스케일 초중력 모형에서 고스케일 초대칭 깨짐과 일관된 모듈리 안정화 간의 갈등을 조사하는 것.

제안 방법

• σ-모델 및 노스케일 초중력 프레임워크에서, 중량이 큰 안정화 필드와 기하 모듈리가 인플라톤 포텐셜에 미치는 배경 효과를 분석한다.
• 중량이 큰 필드를 통합함으로써 발생하는 보정 항을 계산하기 위해 효과적 장 이론 기법을 적용하며, 특히 $H/m_{Τ}$ 및 $m_{3/2}/H$ 비례 항에 집중한다.
• 세코티 모델, 노스케일 모델, 고냐치로프-린데 모델을 포함한 명시적 초중력 모델을 사용하여 포텐셜 보정을 연구한다.
• 보정 항의 기능적 형태를 평가하여, 이들이 인플라톤 포텐셜의 평탄함을 유지하는지 또는 파괴하는지 판단한다.
• 안정화 필드 유무에 따라 모델을 비교하며, 보정 항이 원래 포텐셜의 인플라톤 의존성과 일치하는지 평가한다.
• 비추상적 시그마 퍼텐셜과 비정상 U(1) 대칭성이 모듈리 안정화 및 배경 효과에 미치는 영향을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무거운 안정화 필드와 모듈리가 초대칭 깨짐 진공에서 인플라톤 포텐셜에 비탈리포화되지 않는 보정을 얼마나 유도하는가?
• RQ2 중력장 질량이 허블 스케일과 유사할 경우, 특히 비추상적 모듈리 안정화 하에서 플랫폼 유형의 인플레이션 모형이 유지 가능한가?
• RQ3 왜 일부 자연 인플레이션 모형은 큰 중력장 질량이 존재하더라도 배경 효과에 민감하지 않은가?
• RQ4 무거운 필드의 배경 효과가 스트링 유도 모형에서 고스케일 초대칭 깨짐과 모듈리 안정화의 호환성에 미치는 제약은 무엇인가?
• RQ5 강한, 비추상적, 또는 카일러 업라이징을 포함한 다양한 모듈리 안정화 메커니즘이 인플레이션 모형에서 인플라톤 포텐셜의 평탄함에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 초대칭 깨짐이 존재하는 경우, 중량이 큰 안정화 필드와 모듈리의 배경 효과는 그 질량이 인플라톤 질량보다 훨씬 클 때조차도 탈리포화되지 않으며, 특히 이 경우에 심각한 영향을 미친다.
• 플랫폼 유형의 인플레이션 모형(예: 스타로브스키 유형)에서는 포텐셜의 평탄함이 쉽게 배경 효과로 인해 파손되며, 이로 인해 $m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$의 제약이 발생하고, 민감한 영역에서는 $m_{3/2} \lesssim 10^{10}\,\text{GeV}$까지도 가능하다.
• 고냐치로프-린데 모델은 강한 모듈리 안정화가 적용되지 않는 한 비추상적 모듈리 안정화와 호환되지 않는다.
• 비추상적 시그마 퍼텐셜을 가진 노스케일 초중력 모형은 노스케일 대칭을 깨는 모듈리 안정화와 호환되지 않는다.
• 안정화 필드가 있는 자연 인플레이션에서는 배경 효과 항이 원래余弦 포텐셜과 유사한 인플라톤 의존성을 가지며, 이로 인해 큰 중력장 질량이 존재하더라도 인플레이션이 가능하다.
• 반면, 아키온 모노드로미 인플레이션 모형은 플랫폼 모형과 유사한 제약을 겪으며, 보정 항의 불일치로 인해 $m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$의 제약이 필요하다.