[논문 리뷰] Supergravity origin of the MSSM inflation

Kari Enqvist, Lotta Mether외 1명|ArXiv.org|2007. 06. 15.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 12인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 초대칭 붕괴 파rameters의 미세조정 없이도 느린 굴절 인플레이션을 보장하는 평탄한 방향 잠재력과 안장점 조건을 통해 MSSM 인플레이션 모델을 자연스럽게 실현하는 초중력 프레임워크를 제안한다. 핵심 결과는 스트링 이론의 단순화에서 흔히 나타나는 특정 종류의 켈러 포텐셜이, 은신 세트 진공 기대값에 관계없이 항상 $A^2 = 40m^2$ 조건을 만족시켜 MSSM 프레임워크 내에서 자연스러운 인플레이션을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We consider the supergravity origin of the recently proposed MSSM inflationary model, which relies on the existence of a saddle point along a dimension six flat direction. We derive the conditions that the Kahler potential has to satisfy for the saddle point to exist irrespective of the hidden sector vevs. We show that these conditions are satisfied by a simple class of Kahler potentials, which we find to have a similar form as in various string theory compactifications. For these potentials, slow roll MSSM inflation requires no fine tuning of the soft supersymmetry breaking parameters.

연구 동기 및 목표

• 최근 제안된 MSSM 인플레이션 모델에서 안장점 조건 $A^2 = 40m^2$ 가 극도로 정밀한 조정이 필요하므로, 이에 따른 미세조정 문제를 해결하기 위해.
• 초중력에서 이 안장점 조건을 항상 만족시키는 켈러 포텐셜의 종류를 특정하여, 은신 세트 진공 기대값과 무관하게 보편적으로 성립하도록 하기 위해.
• 이러한 켈러 포텐셜이 임의적이지 않고, 예를 들어 아벨 오르비폭과 교차하는 D-브레인 모델 등 알려진 스트링 단순화 기법에서 자연스럽게 유도된다는 것을 보여주기 위해.
• MSSM 인플레이션과 현실적인 스트링 이론적 구성 간의 연결 고리를 확립하여, 모델의 이론적 신뢰성을 높이기 위해.

제안 방법

• 초중력에서 F-항 초대칭 붕괴의 스칼라 포텐셜을 유도하고, $G = K + \log|W|^2$ 를 사용해 소프트 항을 계산한다.
• MSSM 평탄한 방향에 필요한 소프트 항을 생성하는 특정 형태의 켈러 포텐셜 $K = \sum_m \alpha_m \log(1 + \beta_m |\Phi_M|^2)$ 를 식별한다.
• 은신 세트 진공 기대값에 관계없이 안장점 조건 $A^2 = 40m^2$ 가 항상 성립하도록 파라미터 $\alpha_m$, $\beta_m$ 에 조건을 도입한다.
• 이 조건들이 헤테로지크 스트링 단순화와 교차 D-브레인 모델에서 발견되는 형태와 일치하는 단순하고 물리적으로 타당한 켈러 포텐셜의 종류를 만족시킴을 보여준다.
• 고에너지 스케일의 켈러 포텐셜을 저에너지 현상물리학과 연결하기 위해 양자역학적 군집화 이론을 적용한다. 이는 삼중항 A-항을 포함한다.
• 유도된 포텐셜이 안장점 주변에서 충분히 평탄함을 확인하여, $H_{\text{inf}} \sim 1-10$ GeV 이며 $n_s \approx 0.92$ 인 느린 굴절 인플레이션을 가능하게 함을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM 인플레이션 모델은 소프트 초대칭 붕괴 파rameters의 미세조정 없이 초중력 프레임워크에서 유도될 수 있는가?
• RQ2 어떤 종류의 켈러 포텐셜이 은신 세트 진공 기대값과 무관하게 안장점 조건 $A^2 = 40m^2$ 가 항상 성립하도록 보장하는가?
• RQ3 초중력에서 어떤 켈러 포텐셜이 MSSM 인플레이션에 필요한 평탄한 방향 포텐셜을 자연스럽게 생성하고, 알려진 스트링 단순화 기하학과 일치하는가?
• RQ4 이러한 켈러 포텐셜이 생성하는 소프트 항은 LHC에서 관측 가능한 입자물리학 파rameters와 어떻게 관련되는가?
• RQ5 MSSM 인플레이션 시나리오는 필요한 켈러 포텐셜 구조를 갖는 현실적인 스트링 이론 단순화에 통합될 수 있는가?

주요 결과

• 특정 종류의 켈러 포텐셜—$K = \sum_m \alpha_m \log(1 + \beta_m |\Phi_M|^2)$—은 은신 세트 진공 기대값에 관계없이 항상 $A^2 = 40m^2$ 조건을 만족시키는 소프트 항을 생성한다.
• 유도된 켈러 포텐셜은 헤테로지크 스트링의 아벨 오르비폭 단순화와 교차 D-브레인 모델에서 유도되는 것과 구조적으로 유사하여, 스트링 이론에 자연스럽게 통합됨을 시사한다.
• 유도된 인플레이션 포텐셜은 안장점 $\phi_0 = (A/(20\lambda))^{1/4}$ 주변에 거의 평탄한 영역을 보이며, $H_{\text{inf}} \sim 1-10$ GeV 이고 스펙트럼 지수 $n_s \approx 0.92$ 인 느린 굴절 인플레이션을 가능하게 하여 관측 결과와 일치한다.
• 안장점 조건이 켈러 포텐셜의 구조에 의해 유도되므로 소프트 파rameters의 미세조정이 필요하지 않다.
• 일반적인 필드 $\psi$ 의 삼중항 A-항은 $A_3 = m_\psi \sqrt{2} (\alpha - \beta/3) \cos\xi / \sqrt{\alpha - \beta - 2}$ 로 유도되어 고에너지 초중력과 저에너지 현상물리학을 연결한다.
• 모델은 인플레이션 필드가 SM 입자와의 결합이 MSSM과 유도된 켈러 포텐셜에 의해 결정되므로, LHC와 같은 충돌기에서 검증 가능하다.