[논문 리뷰] Winding out of the Swamp: Evading the Weak Gravity Conjecture with F-term Winding Inflation?

Arthur Hebecker, Patrick Mangat외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 26.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 초구형 3-fold의 복소 구조 모듈리에서 유래한 두 아키온의 장 공간에서의 유풀리니어 트랙젝터리를 사용하여 루프-스케일 이상의 장 영역을 갖는 새로운 스트링 이론 기반의 대규모 인플레이션 모델을 제안한다. 트랙젝터리는 버블 플럭스로부터 유도된 F-항 잠재력에 의해 안정화되어, 플랑크 스케일 초과의 효과적 장 범위를 가능하게 하며, 인플레이션 장 잠재력은 작은 인스탄톤 보정으로부터 기인하여 강력한 금지 정리들을 피하고, 아키온에 대한 약한 중력 추측의 틈새를 실현한다. 특히 심한 조정이 필요로 하지 않는다.

ABSTRACT

We present a new model of large field inflation along a winding trajectory in the field space of two axionic fields, where the 'axions' originate from the complex structure moduli sector of a Calabi-Yau 3-fold at large complex structure. The winding trajectory arises from fixing one combination of axions by bulk fluxes and allows for a transplanckian effective field range. The inflaton potential arises from small 'instantonic' corrections to the geometry and realises natural inflation. By working in a regime of large complex structure for two complex structure moduli the inflaton potential can be made subdominant without severe tuning. We also discuss the impact of the recent 'no-go theorems' for transplanckian axion periodicities on our work. Interestingly, our setup seems to realise a loophole pointed out in arXiv:1503.00795 and arXiv:1503.04783: our construction is a candidate for a string theory model of large field inflation which is consistent with the mild form of the weak gravity conjecture for axions.

연구 동기 및 목표

• 플랑크 스케일 초과의 아키온 주기성과 관련된 최근의 금지 정리들을 피할 수 있는 실현 가능한 스트링 이론 기반의 대규모 인플레이션 모델을 구축하는 것.
• 두 아키온의 장 공간에서의 유풀리니어 트랙젝터리가 극도의 조정 없이도 플랑크 스케일 초과의 효과적 장 범위를 제공할 수 있음을 보여주는 것.
• 작은 인스탄톤 보정으로부터 기인하는 인플레이션 장 잠재력이 모듈라이 안정화와 함께 하위지배적이며 호환 가능함을 보여주는 것.
• 이 모델이 아키온에 대한 약한 중력 추측의 틈새를 실현할 수 있는지 탐색하는 것, 특히 최근의 '금지 정리'들 맥락에서.
• F-항 잠재력이 버블 플럭스로부터 유도되어 색산을 안정화하고 아키온 조합을 고정함으로써, 인플레이션을 위한 단일 평탄한 유풀리니어 방향을 남기는 프레임워크를 수립하는 것.

제안 방법

• 대규모 복소 구조 근처에서의 초구형 3-fold의 복소 구조 모듈리 부문에서 유래한 아키온을 사용한다. 이 경우 아키온 이동 대칭성이 나타난다.
• 버블 플럭스를 통해 F-항 잠재력을 도입하여 한 조합의 아키온과 색산을 안정화시키며, 장 공간에서 단일 평탄하고 유풀리니어한 방향을 남긴다.
• 플럭스를 적절히 선택하여 인플레이션 장이 복잡한 장 공간을 여러 번 도는 유풀리니어 트랙젝터리를 구성한다.
• 기하학에 대한 작은 인스탄톤 보정을 통해 인플레이션 장 잠재력을 생성하며, 이는 진동 형태를 띠고 자연스러운 인플레이션 시나리오를 이끈다.
• 초위력의 형태로 $ ilde{ m W}_{ m inf} = A_1 e^{-2 au_1/f_1} e^{-2 au_2/f_2} + A_2 e^{-2 au_1/f_3} $ 를 사용한다. 여기서 $ f_2 $ 는 초플랑크 스케일이며, $ f_1, f_3 $ 는 플랑크 스케일 이하로, 이는 인플레이션 장가 $ au_2 $ 의 허수 부분임을 보장한다.
• 약한 중력 추측의 일관성을 분석하기 위해, 인플레이션 방향에서의 주요 비형식 보정 항이 억제됨을 보여, 강력한 형태의 추측에 대한 틈새를 실현함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모노드로미 또는 극도의 조정 없이 스트링 이론에서 플랑크 스케일 초과의 장 범위를 달성할 수 있는가?
• RQ2 버블 플럭스로부터 유도된 F-항 잠재력이 모듈라이를 안정화시키면서도 아키온 장 공간에서 긴 유풀리니어 인플레이션 트랙젝터리를 남길 수 있는가?
• RQ3 인스탄톤 잠재력의 미약함이 심한 조정 없이도 모듈라이 안정화와 호환 가능한가?
• RQ4 이 모델이 알려진 틈새를 통해 아키온에 대한 약한 중력 추측의 강력한 형태를 피할 수 있는가?
• RQ5 구체적인 초구형 3-fold 콪actification에서 실현 가능한가? 즉, 색산과 아키온 조합을 독립적으로 고정하는 모듈라이 안정화 패턴이 실현 가능한가?

주요 결과

• 이 모델은 두 아키온의 장 공간에서 F-항 잠재력에 의해 안정화된 유풀리니어 트랙젝터리를 통해 플랑크 스케일 초과의 효과적 장 범위를 달성한다.
• 인플레이션 장 잠재력은 기하학에 대한 작은 인스탄톤 보정으로부터 기인하며, 이는 하위지배적이며 모듈라이 안정화와 함께 존재하기 위해 심한 조정이 필요로 하지 않는다.
• 주로 비형식 보정 항이 인플레이션 방향에서 억제되므로, 아키온에 대한 약한 중력 추측의 틈새를 실현한다. 이는 추측의 온화한 형태와 충돌하지 않는다.
• 초위력의 구조는 인플레이션 장가 초플랑크 스케일의 붕괴 상수를 갖는 복소 구조 모듈라이 $ au_2 $ 의 허수 부분임을 보장하며, 다른 항들은 억제된다.
• 이 모델은 약한 중력 추측의 온화한 형태와 일관되며, 추측이 더 엄격하지 않은 해석 방식으로 해석될 경우 이러한 모델이 스트링 이론에서 실현 가능할 수 있음을 시사한다.
• 이 모델은 최근의 금지 정리들과 일관되지만, Rudelius (2015)와 Brown 등 (2015)에서 제시된 틈새가 유효한 경우에만 가능하며, 이는 특정한 모듈라이 안정화 패턴이 구체적인 예시에서 실현 가능한지에 달려 있다.