[論文レビュー] Axionic Inflation from Large Volume Flux Compactifications

R. Holman, Jimmy A. Hutasoit|ArXiv.org|Mar 30, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、$h^{1,1}=2$ かつ $h^{2,1}>h^{1,1}$ である大スケールのカルラビ＝ヤウオルタントリオリエントフォールドへのタイプIIB超弦理論の compactification における、単一の場の軸子インフレーションモデルを提案する。インフレートンは、包摂されたD7ブレーン上のゲージノコンデンエーションによって安定化される複素化されたカーラビ・ケーラーモジュラスの軸子成分である。この機構は自然に $\backepsilon$-問題を解決する。モデルは、WMAP3と整合する赤傾きのスカラー功率スペクトルを生成し、$n_s \approx 0.95$ かつ $|\eta| \lesssim 0.03$ を達成する。これは、擬スカラーノイマン＝ゴールドストーンボソンを用いた自然インフレーションの超弦理論的実現である。

ABSTRACT

We find a general model of {\em single-field} inflation within the context of type IIB string theory compactified on large volume Calabi-Yau orientifolds with $h^{2,1} > h^{1,1} = 2$. The inflaton is the axion part of the complexified Kähler moduli and the resulting scalar power spectrum is red, and can easily be made compatible with WMAP3 bounds on $n_s$. This model overcomes the $η$-problem using gaugino condensates on wrapped D7-brane while keeping the tuning of the parameters minimal.

研究の動機と目的

• タイプIIB超弦理論を、$h^{1,1}=2$ である大スケールのカルラビ＝ヤウオルタントリオリエントフォールドにコンパクト化した場合の、実現可能な単一場インフレーションモデルの構築。
• 包摂されたD7ブレーン上のゲージノコンデンエーションを用いることで、超重力インフレーションにおける $\backepsilon$-問題を解消し、小さな $\backepsilon$ パラメータを生成する。
• フラックス安定化コンパクト化において、複素化されたカーラビ・ケーラーモジュラスの軸子成分が自然なインフレートン場として機能できることを示す。
• 得られるスカラースペクトル指数 $n_s$ が、WMAP3の観測制約と整合することを保証する。
• パラメータの微調整を必要とせず、大スケールの極限において安定でチラルのない真空を維持するモデルを実現する。

提案手法

• モデルは、$h^{1,1}=2$ であるカルラビ＝ヤウオルタントリオリエントフォールド上でのタイプIIB超弦理論を採用し、カーラビ・ケーラーモジュラスはフラックスと非摂動的効果によって安定化される。
• インフレートンは、複素化されたカーラビ・ケーラー・モジュラス $\rho_l = b_l + i\tau_l$ に関連する軸子場 $b_l$ として特定され、$\tau_l$ は体積モジュラスである。
• スカラー・ポテンシャルは、$\alpha'$補正を含むケーラー・ポテンシャルと、フラックス項 $W_0$ およびゲージノコンデンエーションからの非摂動的寄与 $A_i e^{ia_i\rho_i}$ を含むスーパーポテンシャルから構成される。
• 大スケール極限においてポテンシャルを解析し、主要寄与は $V_{\alpha'} \sim \xi / \mathcal{V}^3 |W_0|^2$ および非摂動的項 $V_{\text{np1}} \sim e^K G^{\rho_s\bar{\rho}_s} a_s^2 |A_s|^2 e^{-2a_s \tau_s}$ であり、これらが軸子を安定化させる。
• $\eta$-問題は非摂動的ポテンシャルの指数的抑制によって解決され、離散的ゲージ群 $SU(M)$ が包摂されたD7ブレーン上に存在するため、$|\eta| \lesssim 0.03$ となる。
• 数値的時間発展により、インフレーションが $\sim 800$ e-foldsに達し、最後の60 e-foldsで $n_s \approx 0.95$ となることが確認され、WMAP3の制約と整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプIIB超弦理論を、$h^{1,1}=2$ である大スケールのカルラビ＝ヤウオルタントリオリエントフォールドにコンパクト化した場合に、単一場インフレーションモデルを構築できるか。
• RQ2 微調整を必要とせずに、超弦理論的インフレーションモデルにおける $\eta$-問題をどのように解決できるか。
• RQ3 フラックス安定化コンパクト化において、複素化されたカーラビ・ケーラー・モジュラスの軸子成分が、実現可能なインフレートン場として機能できるか。
• RQ4 このようなモデルが予測するスカラースペクトル指数 $n_s$ は何か。また、WMAP3の観測と整合するか。
• RQ5 インフレーションポテンシャルは十分に平坦であり、必要な e-folds を達成できるか。初期条件に対してどれほど感度を示すか。

主な発見

• モデルは、複素化されたカーラビ・ケーラー・モジュラスの軸子 $b_l$ をインフレートンとして実現し、初期条件 $b_l(N=0) = 0.1$ および $b_l'(N=0) = 0$ の下で $\sim 800$ e-folds のインフレーションを達成する。
• 最後の60 e-foldsにおけるスカラースペクトル指数は $n_s \approx 0.95$ であり、WMAP3の範囲 $0.951^{+0.015}_{-0.019}$ に収まる。
• $\eta$-問題は、包摂されたD7ブレーン上のゲージノコンデンエーションによって自然に解決され、$|\eta| \lesssim 0.03$ を達成する。特に特定のパラメータ選択では $\eta = -0.006$ となる。
• ポテンシャルは $\alpha'$補正項と指数的に抑制された非摂動的寄与が支配的であり、$V_{\text{supp}}$ が軸子場の安定化において重要な役割を果たす。
• インフレーションのスケールは $3 \times 10^{16}$ GeV よりもはるかに低いため、パワー・スペクトルに観測可能なテンソルモードが存在しない。
• 初期軸子値がポテンシャルの頂点付近にある場合、モデルは広範囲にわたって頑健であるが、そのような初期条件の出現確率についてはさらなる分析が必要である。