[논문 리뷰] Starobinsky-like inflation in no-scale supergravity Wess-Zumino model with Polonyi term

Miguel Crispim Romão, Stephen F. King|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 24.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 인플레이션의 끝에서 초대칭을 명시적으로 위반시키기 위해 슈퍼퍼텐셜에 폴로니 텀을 추가한 스케일 없음 초대칭 중력 이론의 웨스-줄라모 모델을 제안한다. 매개변수를 조정함으로써, 중력보 질량이 10^3 테바볼트 이하로 제한되는 스타로빈스키 유사 인플레이션을 성공적으로 달성하며, 이는 약 O(1) 테바볼트 수준의 값을 선호하여 허브스턴 또는 FCC에서 초대칭을 발견할 가능성이 있다.

ABSTRACT

We propose a simple modification of the no-scale supergravity Wess-Zumino model of Starobinsky-like inflation to include a Polonyi term in the superpotential. The purpose of this term is to provide an explicit mechanism for supersymmetry breaking at the end of inflation. We show how successful inflation can be achieved for a gravitino mass satisfying the strict upper bound $m_{3/2}< 10^3$ TeV, with favoured values $m_{3/2}\\lesssim\\mathcal{O}(1)$ TeV. The model suggests that SUSY may be discovered in collider physics experiments such as the LHC or the FCC.

연구 동기 및 목표

• 스케일 없음 초대칭 중력 모델에서의 명시적 초대칭 위반 부족 문제를 해결하기 위해.
• 스케일 없음 켈러 포텐셜을 가진 초대칭 중력에 통합함으로써 인플레이션 역학에서의 계층 문제를 해결하기 위해.
• 성공적인 인플레이션 역학을 유지하면서도 비제로 중력보 질량을 생성하는 메커니즘을 제공하기 위해.
• 모델이 플랑크 2013년 CMB 데이터와 라이스 경계 조건을 충족하도록 매개변수 공간을 제약하기 위해.
• 미래의 콜라이더 실험, 예를 들어 LHC 또는 FCC에서 초대칭을 탐색할 수 있음을 제안하기 위해.

제안 방법

• 모듈러스 장 T와 은신 부문 장 Z를 사용하여 스칼라 포텐셜을 안정화하는 스케일 없음 켈러 포텐셜을 사용한다.
• 이차, 삼차 및 선형 폴로니 텀(비례 계수 b에 비례)이 포함된 슈퍼퍼텐셜을 도입하여 초대칭을 명시적으로 위반한다.
• 스칼라 포텐셜은 켈러 포텐셜과 슈퍼퍼텐셜에서 유도되며, F-항 포텐셜이 인플레이션 역학을 결정한다.
• f=1인 극한에서 모델을 분석함으로써 중력보 질량이 폴로니 텀 계수 b에 비례하도록 보장한다.
• N* ∈ [50,60]을 만족하고 관측된 스칼라 진폭 As ≈ 2.2×10^{-9}와 일치시키기 위해 매개변수 공간 (x*, b)에 대한 스캔을 수행한다.
• 중력보 질량은 b의 함수로 계산되며, ns와 r에 대한 플랑크 데이터 일치 조건을 충족시키기 위해 제약 조건을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스케일 없음 초대칭 중력 웨스-줄라모 모델에 폴로니 텀을 일관적으로 추가할 수 있는가, 이는 성공적인 스타로빈스키 유사 인플레이션을 손상시키지 않는가?
• RQ2 이 수정된 모델에서 중력보 질량 m_{3/2}의 상한은 무엇이며, 폴로니 텀 계수 b에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 폴로니 텀의 포함이 성공적인 비제로 중력보 질량 생성을 가능하게 하면서도 스타로빈스키 모델의 인플레이션 예측을 유지하는가?
• RQ4 플랑크 2013년 CMB 데이터와 일치시키기 위해 인플레이션 장 x*와 슈퍼퍼텐셜 계수 a의 타당 범위는 무엇인가?
• RQ5 이 모델이 향후 콜라이더 실험, 예를 들어 LHC 또는 FCC에서 탐색 가능한 중력보 질량을 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 중력보 질량이 10^3 테바볼트 이하로 제한되는 성공적인 인플레이션을 달성하며, 선호되는 값은 약 O(1) 테바볼트이다.
• b=0일 경우 중력보 질량은 0이며, 이는 원래의 ENO 스케일 없음 모델에 해당한다. 비제로 b는 b에 비례하는 비제로 m_{3/2}를 생성한다.
• 인플레이션 시작 시 인플레이션 장은 m_{3/2} ≤ O(10^3) GeV 조건에서 5.24 ≤ x*/M_Pl ≤ 5.45 를 만족한다.
• 슈퍼퍼텐셜의 계수 a는 1.27×10^{-10} ≤ a/M_Pl^4 ≤ 1.81×10^{-10} 으로 제약되며, 이는 λ ≈ O(10^{-5}) 를 의미한다.
• 폴로니 질량 M는 M ≤ O(10^{-5})M_Pl 으로 제약되며, 이는 O(1) 테바볼트 범위의 경량 중력보와 일관된다.
• 모델의 (ns, r) 예측은 m_{3/2} ≤ O(10^3) GeV 조건에서 플랑크 2013년 데이터의 68% 신뢰수준 제약 내에 들어간다.