[논문 리뷰] Monopole Problem and Extensions of Supersymmetric Hybrid Inflation

Rachel Jeannerot, Shaaban Khalil외 1명|ArXiv.org|2001. 06. 04.

Spectral Theory in Mathematical Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 패티-살람 GUT 프레임워크 내에서 초대칭 하이브리드 인플레이션의 두 가지 자연스러운 확장을 제안하며, 조기 GUT 대칭 복귀를 통해 위상 결함 형성을 방지함으로써 우주론적 모노폴 문제를 해결한다. 초합성량의 비재규격화 항을 초합성량에 도입하고 페체이-퀸 대칭을 활용함으로써, 중력보 제약 조건을 만족하는 재가열이 성공적으로 이루어지며, $μ$-항이 자연스럽게 생성되고, 뉴트리노 진동 데이터와 양성자 안정성에 부합하는 초기 르프토젠리시스를 통해 바리온 생성이 달성된다.

ABSTRACT

We discuss, in the context of a concrete supersymmetric grand unified model based on the Pati-Salam gauge group SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R, two "natural" extensions of supersymmetric hybrid inflation, which avoid the cosmological disaster encountered in the standard hybrid inflationary scenario from the overproduction of monopoles at the end of inflation. Successful "reheating" which satisfies the gravitino constraint takes place after the end of inflation. Also, adequate baryogenesis via a primordial leptogenesis occurs consistently with the solar and atmospheric neutrino oscillation data as well as the SU(4)_c symmetry. Moreover, the mu-term is generated via a Peccei-Quinn symmetry and proton is practically stable.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 GUT 내 표준 하이브리드 인플레이션 시나리오에 내재된 우주론적 모노폴 문제를 해결하기 위해.
• 재가열 온도에 대한 중력보 제약 조건을 만족하는 재가열이 성공적으로 이루어지도록 보장하기 위해.
• 태양 및 대기 뉴트리노 진동 데이터와 일치하는 태초기 르프토젠리시스를 통한 타당한 바리온 생성을 달성하기 위해.
• 페체이-퀸 대칭을 통해 $μ$-항을 동적으로 생성하고 양성자 안정성을 확보하기 위해.
• 자연스러운 매개변수 값을 갖는 패티-살람 초대칭 GUT 프레임워크 내에서 현실적인 모델을 구축하기 위해.

제안 방법

• 인플레이션 기간 동안 GUT 게이지 군을 붕괴시키기 위해 초합성량에 주요 비재규격화 항을 도입함으로써 모노폴 생성을 방지한다.
• $μ$-항을 동적으로 생성하고 양성자 안정성을 확보하기 위해 페체이-퀸 대칭을 도입한다.
• 이중 단계 대칭 붕괴 순서를 적용: 인플레이션 기간 동안 GUT 스케일 붕괴, 이어서 낮은 스케일에서 PS 대칭 붕괴.
• 게이지 싱เก트론 인플라톤과 쌍대 힉스 초합성량을 포함하는 하이브리드 인플레이션 메커니즘을 활용하며, 반사적 수정이 인플레이션 골짜리를 안정화시킨다.
• 인플레이션 이후 진공 다각형에 키퍼 메커니즘을 적용하지만, 조기 GUT 붕괴로 인해 위상 결함을 피한다.
• 복잡한 요카다 상수를 갖는 무거운 오른쪽 뉴트리노를 통해 태초기 르프토젠리시스를 구현하며, 관측된 바리온 비대칭을 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초대칭 하이브리드 인플레이션에서 모노폴 문제가 이중 단계 대칭 붕괴 시나리오 없이 해결될 수 있는가?
• RQ2 재가열 온도에 대한 중력보 제약 조건을 만족하면서도 성공적인 재가열를 달성할 수 있는가?
• RQ3 정밀 조정이 필요 없이 초대칭 GUT 내에서 $μ$-항을 자연스럽게 생성할 수 있는가?
• RQ4 태초기 르프토젠리시스가 태양 및 대기 뉴트리노 진동 데이터와 일치하면서도 관측된 바리온 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ5 르프토젠리시스와 $SU(4)_c$ 대칭을 동시에 만족시키기 위해 오른쪽 뉴트리노 질량과 혼합 각도에 가해지는 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 비재규격화 초합성량 항을 통한 인플레이션 기간 동안의 GUT 게이지 군 붕괴로 인해 모노폴 과잉 생성이 성공적으로 방지된다.
• 중력보 분포비율이 광자로 감소할 경우, 재가열 온도는 $T_r \approx 10^{10}$ GeV로 제약되며, 중력보 제약 조건과 일치한다.
• SuperKamiokande 데이터와 일치하는 해를 갖는 르프토젠리시스 솔루션은 $m_{\nu_\tau} \approx 8 \times 10^{-2}$ eV, $\sin^2 2\theta_{\mu\tau} \approx 0.9$, $n_L/s \approx -1.8 \times 10^{-10}$ 조건에서 존재한다.
• 두 번째로 무거운 오른쪽 뉴트리노 질량은 $M_2 \approx 1.55 \times 10^{11}$ GeV이며, 르프토젠리시스 제약 조건을 만족하는 부등식을 충족한다.
• 모델은 $m_{\text{infl}} \approx 4.1 \times 10^{13}$ GeV의 타당한 인플라톤 질량과 초대칭 GUT 스케일에 가까운 GUT 스케일을 제공한다.
• $m^{D}_2 \approx 0.8 - 2$ GeV 및 $m^{D}_3 \approx 110 - 120$ GeV에 대한 해가 존재하며, 이는 $SU(4)_c$ 대칭의 주요 순서 관계와 일치한다.