[논문 리뷰] New developments on embedding inflation in gauge theory and particle physics

Anupam Mazumdar|ArXiv.org|2007. 07. 23.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 84인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 스칼라 포텐셜의 평탄한 방향에서 유도되는 인플레이션을 자연스럽게 제안한다. 여기서 인플라톤은 MSSM 힉스 필드들의 게이지 불변 조합이다. 모형은 허블에 의해 유도되는 보정을 통해 가짜 진공을 안정화시켜 성공적인 인플레이션을 달성하며, 이와 동시에 CMB 변동, 열적 평형을 이룬 표준모형 플라즈마, 비대칭성 생성, 냉각 어두운 물질을 생성하는 유일한 메커니즘을 제공한다. 이는 MSSM 게이지 부문 내에서 통합되고 검증 가능한 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

In this brief review we will discuss how a well motivated particle theory beyond the eletroweak Standard Model provides ingredients and conditions for a successful inflation. We will mainly focus on a low energy supersymmetric Standard Model which provides plenty of scalars. In particular, these scalars span a multidimensional moduli space of {\it gauge invariant} operators which carry the Standard Model charges. The inflationary predictions which matches the current observations are robust due to the fact that inflation occurs within our own gauge sector where the couplings are well known. We further argue that based on our current understandings if there exists a {\it string landscape} of multiple vacua, then it is very natural that the last phase of inflation would be driven by one of the many supersymmetric Standard Model modulii. Only such a graceful exit from inflation would provide hot thermal Standard Model baryons, cold dark matter, conditions for baryogenesis and foremost the seed density perturbations for the cosmic microwave background radiation in just {\it one package}. Furthermore we will also discuss how some of the ingredients of inflation can be tested already by the LHC.

연구 동기 및 목표

• 인플라톤 기원의 근본적 문제를 해결하기 위해 인플레이션을 잘 정당화된 MSSM 게이지 부문에 통합함으로써, 인위적인 게이지 단일 필드를 피하기 위해.
• 인플레이션 이후 재가열 과정을 통합하여 표준모형의 열적 평형, 비대칭성 생성, 냉각 어두운 물질 생성을 하나의 메커니즘으로 보장하기 위해.
• 인플레이션과 그 이후의 현상이 알려진 입자물리학과 연결된 검증 가능한 프레임워크를 제공하여 LHC에서 인플레이션 역학을 탐색할 수 있도록 하기 위해.
• 스트링 랜드스케이프 모형의 한계를 극복하기 위해 MSSM 모듈리가 허블에 의해 유도되는 보정을 통해 자연스럽게 인플레이션을 이끌 수 있음을 보여주기 위해.
• 인플라톤이 알려진 결합을 가진 게이지 불변 MSSM 스칼라 필드일 경우, 성공적인 인플레이션과 부드러운 종료가 견고하게 유지됨을 입증하기 위해.

제안 방법

• 표준모형 스칼라의 게이지 불변 조합인 MSSM 힉스 부문의 평탄한 방향을 인플라톤 후보로 사용한다.
• 스칼라 포텐셜에 허블에 의해 유도되는 보정을 적용하여 효과적 포텐셜을 수정함으로써, 인플라톤 필드가 시간에 따라 변하는 가짜 최소값을 따라가도록 한다.
• 효과적 질량과 포텐셜의 곡률(V''(φ_min))가 허블률보다 크다는 조건을 유도하여, 느린 굴착 인플레이션을 보장한다.
• 가짜 진공 에너지 밀도가 감소함에 따라 인플라톤 필드가 단지 진짜 최소값으로 꼬이게 되어 부드러운 종료를 유도한다.
• 재가열은 MSSM 평탄한 방향의 공진 운동을 통해 발생하며, SM 양자와 Big Bang 핵합성 제약 조건을 충족시키는 SM 입자 생성을 가능하게 한다.
• 장이 필요한 인플레이션 간격에 도달하기 위해 H_false > H_MSSM ~ 1 GeV 조건을 사용하여 이전 제약 조건인 H_false > 10^9 GeV를 완화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인플레이션을 인위적인 게이지 단일 필드 없이 MSSM 게이지 부문에 자연스럽게 통합할 수 있는가?
• RQ2 인플라톤의 결합과 상호작용은 알려진 입자물리학 대칭성과 재규격화 가능성에 의해 어떻게 제약을 받는가?
• RQ3 어떤 메커니즘이 동시에 열적 표준모형 플라즈마, 바리온, 냉각 어두운 물질 생성을 가능하게 하는 부드러운 종료를 보장하는가?
• RQ4 허블에 의해 유도되는 보정은 어떻게 인플라톤 포텐셜을 안정화시키고 다이나믹한 진공에서 느린 굴착 조건을 가능하게 하는가?
• RQ5 제안된 인플레이션 메커니즘은 MSSM 평탄한 방향 역학의 서명을 통해 LHC에서 실험적으로 탐색될 수 있는가?

주요 결과

• MSSM 게이지 부문 내에서 Higgs 필드의 평탄한 방향을 통해 성공적인 인플레이션을 실현할 수 있으며, 이들은 게이지 불변이면서 표준모형 양자수를 지닌다.
• 효과적 포텐셜은 허블에 의해 유도되는 보정으로 수정되어, 인플레이션 기간 동안 인플라톤 필드가 따라가는 시간에 따라 변하는 가짜 최소값을 형성한다.
• H_false > H_MSSM ~ 1 GeV 조건은 인플라톤이 성공적인 인플레이션을 위해 필요한 필드 범위에 도달하도록 보장하며, 이는 이전 제약 조건을 크게 완화한다.
• 가짜 최소값에서 포텐셜의 곡률 V''(φ_min) ~ 2(n-2)√|c| H_false m_φ 는 인플레이션 기간 동안 허블률보다 크며, 이는 느린 굴착 역학을 보장한다.
• H_false 가 약 H_MSSM / (2(n-2)m_φ) 이하로 떨어지면, 인플라톤 필드는 진짜 최소값으로 굴러가기 시작하여 재가열과 SM 입자 생성을 유도한다.
• 재가열 과정은 자연스럽게 표준모형 자유도의 열적 배지(배치)를 생성하며, Big Bang 핵합성 제약 조건을 충족시키고, 하나의 통합 프레임워크 내에서 비대칭성 생성과 냉각 어두운 물질 생성을 가능하게 한다.