[논문 리뷰] Supersymmetric Hybrid Inflation

G. Lazarides|ArXiv.org|2000. 11. 09.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 레이디에이티브 보정을 통해 인플레이션 포텐셜을 생성함으로써 정밀조정을 자연스럽게 피하는 초대칭 하이브리드 인플레이션 모델을 제안한다. 이 모델은 페체에-콰이닉 대칭을 통해 $μ$ 문제를 다이나믹하게 해결하고, 자연스러운 레프토제네시스와 그라비티노 재가열 조건을 충족시킨다. 또한 $SU(4)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R$와 같은 고차원 GUT에서 단절적 단절성의 과다 생성을 방지하기 위해 이동형 및 스무스 하이브리드 인플레이션의 두 가지 확장 모델을 도입하여 CMB 관측과 중성자기동역학 데이터와의 일관성을 확보한다.

ABSTRACT

The non-supersymmetric and supersymmetric versions of hybrid inflation are summarized. It is emphasized that supersymmetric hybrid inflation (with its extensions) is an extremely "natural" inflationary scenario since it does not require "tiny" parameters, its superpotential has the most general form allowed by the symmetries, and it can be protected against radiative or supergravity corrections. A concrete supersymmetric grand unified theory which leads to hybrid inflation, solves the mu problem and generates seesaw masses for the light neutrinos is constructed. The "reheating" which follows hybrid inflation is studied in this theory. It is shown that the gravitino constraint on the "reheat" temperature can be "naturally" satisfied. Also, the observed baryon asymmetry of the universe can be generated via a primordial leptogenesis consistently with the requirements from solar and atmospheric neutrino oscillations. Extensions of the standard supersymmetric hybrid inflationary scenario which are still consistent with all these requirements but can also avoid the cosmological disaster from the possible copious monopole production at the abrupt termination of standard hybrid inflation are constructed. They rely on utilizing the leading non-renormalizable correction to the standard hybrid inflationary superpotential and are necessary for higher unified gauge groups which predict the existence of monopoles.

연구 동기 및 목표

• 비초대칭 모델에서 요구되는 매우 작은 결합 상수를 필요로 하지 않는, 정밀조정이 없는 초대칭 하이브리드 인플레이션 시나리오를 개발하는 것.
• 하나의 초대칭 GUT 프레임워크 내에서 인플레이션, $μ$ 문제의 해결, 시이브 중성자 질량 생성을 통합하는 것.
• 기본 하이브리드 인플레이션에서 발생하는 급격한 상전이로 인한 천체물리적 단절성 문제를 해결하기 위해 스무스하거나 이동형 인플레이션 경로를 도입함으로써 단절성 과다 생성을 방지하는 것.
• 재가열 과정이 그라비티노 제약 조건을 만족하고 태양 및 대기 중성자기동역학 데이터와 일치하는 원초적 레프토제네시스를 통한 바리온 생성이 가능하도록 보장하는 것.

제안 방법

• 반환 가능한 초파워 $W = \kappa S(-M^2 + \bar{\phi}\phi)$를 사용하여 스칼라 포텐셜 내 평탄한 방향을 생성하고, 레이디에이티브 보정을 통해 필요한 인플레이션 기울기를 제공한다.
• μ 문제를 다이나믹하게 해결하기 위해 단일 필드의 진공 기대값을 통해 μ를 생성할 수 있도록 페체에-콰이닉 대칭을 도입한다.
• 통합 게이지 대칭에 의해 이미 파손된 고전적 평탄한 방향을 따라 인플레이션이 일어나는 이동형 하이브리드 인플레이션 모델을 구축하여 단절성 생성을 방지한다.
• 이산 대칭을 통해 삼중항 항을 제거함으로써 스무스 하이브리드 인플레이션 모델을 개발하여, 인플레이션 종료가 안정적이고 급격하지 않은 경로를 따르게 한다.
• ε 및 η 기준을 적용하여 에포크 수와 CMB 이방성도를 계산하고, 자연스러운 매개변수 값으로 COBE 관측 결과와 일치시킨다.
• 그라비티노 과다 생성 및 중성자기동역학 데이터로부터 제약 조건을 적용하여 모델이 천체물리 관측 결과와의 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 결합 상수와 질량 매개변수의 정밀조정을 피할 수 있는 방식으로 초대칭 하이브리드 인플레이션을 실현할 수 있는가?
• RQ2 초대칭 대량통합이론(SUSY GUT) 내에서 $μ$ 문제를 자연스럽게 해결하면서도 하이브리드 인플레이션을 지원할 수 있는가?
• RQ3 예를 들어 $SU(4)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R$와 같은 고차원 GUT에서 인플레이션 종료 시 치명적인 단절성 과다 생성을 방지할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 그라비티노 제약 조건이나 중성자기동역학 데이터를 위반하지 않으면서도 성공적인 재가열과 원초적 레프토제네시스를 통한 바리온 생성이 가능할 수 있는가?
• RQ5 급격한 워터폴 전이로 인한 위상 결함을 피하기 위해 인플레이션 역학을 스무스하고 안정적으로 만들 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 $M \approx 2.86 \times 10^{16}$ GeV와 $m \approx 1.3 \kappa \sqrt{\lambda} \times 10^{15}$ GeV를 사용하여 COBE 측정 결과와 일치하는 자연스러운 CMB 이방성도 $6.6 \times 10^{-6}$ 를 달성한다.
• 그라비티노 분해비율을 감소시키고 $m_{3/2} \sim$ 몇백 GeV일 경우, $T_r \lesssim 10^{10}$ GeV로 재가열 온도에 대한 그라비티노 제약 조건이 자연스럽게 만족된다.
• 태양 및 대기 중성자기동역학 데이터와 일치하는 태양계 중성자기동역학 데이터와 일치하는 원초적 레프토제네시스를 통해 바리온 비대칭을 생성한다.
• $SU(3)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R \times U(1)_{B-L}$ GUT에서 요구되는 $M_S \approx 7.89 \times 10^{17}$ GeV와 $\mu \approx 1.04 \times 10^{15}$ GeV는 자연스러운 값으로 확인된다.
• 스무스 하이브리드 인플레이션 확장에서 인플레이션 필드 질량은 $m_{\text{infl}} \approx 1.07 \times 10^{14}$ GeV이며, 인플레이션 경로를 따라 안정적인 포텐셜로 인해 인플레이션 종료가 스무스하게 이루어진다.
• 이동형 하이브리드 인플레이션 모델은 대칭이 이미 파손된 방향에서 인플레이션이 일어나므로 단절성 생성을 방지하여 위상 결함의 참사로부터 해방된다.