[논문 리뷰] Relaxed Inflation

Walter Tangarife, Kohsaku Tobioka외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 01.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 인플레이션 기간 동안 인플라톤이 동적으로 힉스 보존 질량을 약한 스케일로 설정하는 릭서션(weak scale)으로 작용하는 느슨한 팽창 모델을 제안한다. 인플레이션은 얕은 잠재력 기울기로 유도되며, 비추상적인 게이지 보손 생성과 슈윙거 쌍 생성을 통한 재가열이 이루어지며, 힉스 질량의 리럭서션은 재가열 이후 발생하여 효과적인 이론의 截斷( cutoff )가 플랑크 스케일 근처에 머물면서 체계적 제약를 피할 수 있다.

ABSTRACT

We present an effective model where the inflaton is a relaxion that scans the Higgs mass and sets it at the weak scale. The dynamics consist of a long epoch in which inflation is due to the shallow slope of the potential, followed by a few number of e-folds where slow-roll is maintained thanks to dissipation via non-perturbative gauge-boson production. The same gauge bosons give rise to a strong electric field that triggers the production of electron-positron pairs via the Schwinger mechanism. The subsequent thermalization of these particles provides a novel mechanism of reheating. The relaxation of the Higgs mass occurs after reheating, when the inflaton/relaxion stops on a local minimum of the potential. We argue that this scenario may evade phenomenological and astrophysical bounds while allowing for the cutoff of the effective model to be close to the Planck scale. This framework provides an intriguing connection between inflation and the hierarchy problem.

연구 동기 및 목표

• 인플레이션 기간 동안 리럭서션 메커니즘을 통해 약한 스케일을 동적으로 생성함으로써 계층 문제를 해결하고자 한다.
• 정밀 조정이 필요 없이 인플레이션과 전자약 스케일을 일치시키고자 한다.
• 강한 전기장과 슈윙거 쌍 생성을 통해 유도되는 비추상적인 재가열 메커니즘을 제안하고자 한다.
• 관측 및 현상학적 제약을 만족시키면서도 효과적인 양자장론의 截斷이 플랑크 스케일 근처에 머물도록 보장하고자 한다.

제안 방법

• 인플라톤을 인플레이션 기간 동안 얕은 기울기를 가진 잠재력으로서 힉스 질량을 스캔하는 리럭서션으로 식별한다.
• 이 얕은 잠재력에서 느린 굴곡이 일어나며, 비추상적인 게이지 보손 생성에 의한 소산에 의해 지속된다.
• 게이지 보손 생성은 강한 전기장을 만들어내며, 이는 슈윙거 메커니즘을 통해 전자-양전자 쌍 생성을 유도한다.
• 생성된 쌍의 열화는 새로운 재가열 메커니즘을 제공하며, 이는 우주가 뜨거운 플라즈마 상태로 전이되게 한다.
• 재가열 이후 리럭서션은 국소 최소값으로 수렴하여 힉스 질량을 약한 스케일에서 동적으로 고정한다.
• 이 모델은 플랑크 스케일 근처의 높은 截斷에도 불구하고 천체물리학적 및 현상학적 제약과 일치하도록 구성되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측 제약을 위반하지 않으면서 리럭서션 메커니즘을 인플레이션 프레임워크에 통합할 수 있는가?
• RQ2 리럭서션에 의해 구동되는 인플레이션 모델에서 재가열은 어떻게 효율적으로 일어날 수 있는가?
• RQ3 인플레이션 이후 플라즈마의 열화에 있어 슈윙거 메커니즘이 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 효과적인 이론의 截斷이 플랑크 스케일 근처에 있을 수 있는가, 동시에 타당한가?
• RQ5 재가열 이후의 힉스 질량 리럭서션은 저에너지 현상학과 일치하는가?

주요 결과

• 모델은 얕은 잠재력 기울기를 통해 인플레이션을 달성하며, 비추상적인 게이지 보손 생성에 의한 소산에 의해 인플라톤의 역학이 유도된다.
• 재가열은 전자-양전자 쌍의 슈윙거 쌍 생성을 통해 이루어지며, 그 후 플라즈마의 열화가 일어난다.
• 재가열 이후 리럭서션이 국소 최소값으로 수렴함에 따라 힉스 질량이 약한 스케일로 동적으로 리럭서션된다.
• 효과적인 양자장론의 截斷은 현재의 현상학적 또는 천체물리학적 제약을 위반하지 않으면서도 플랑크 스케일 근처에 유지될 수 있다.
• 이 틀은 리럭서션의 인플레이션과 전자약 스케일 생성이라는 이중 역할을 통해 인플레이션과 계층 문제를 통합적으로 연결한다.