[論文レビュー] Chiral primordial gravitational waves in extended theories of Scalar-Tensor gravity

Maria Mylova|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 72被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、重力子速度 $ c_T $ を用いたパrametricなカットオフスケールの抑制を通じて、拡張されたスカラー・テンソル重力理論におけるキラルな初期宇宙重力波を、微分的結合した高次微分項を導入することで調査する。この手法により、2次微分方程式の運動法則を維持しつつ、大きなキラルテンソルゆらぎを実現可能にし、非自明なパラメトリックな抑制が、パラメトリックに大きなキラル性とモード安定性を維持するための物理的記述の変更が不可欠であることを明らかにする。

ABSTRACT

We re-examine the problem of parity violation in single field inflation. We look for a systematic way to parametrically approach the scale at which maximal parity violation occurs, which is where we expect to find the presence of the Chern Simons instability. We do so by considering possible realizations of the effective field theory of Scalar-Tensor gravity, which could offer a rich phenomenology. The gravitational action is extended to include derivatively coupled interactions which, by means of a disformal transformation, are scaled by negative powers of a small parameter which is identified with the graviton speed. This results in suppressing the cutoff scale of the effective theory leading to parametrically large chiral tensor fluctuations. We conclude that a change in the physical description of the system is necessary in order to maintain sufficient parity violation as well ensure stability of the modes.

研究の動機と目的

• 単一スカラーインフレーションにおける最大パラメトリックなパリティ破れの領域に体系的に接近すること。
• カットオフスケール $ \Lambda_* $ をパラメトリックに抑制するメカニズムを同定すること。
• 重力作用に高次微分補正を組み込むと同時に、2次微分方程式の運動法則を維持すること。
• 高いパリティ破れとモード安定性を維持するため、物理的記述の変更が必要かどうかを検討すること。

提案手法

• スカラー・テンソル重力理論の枠組みにおいて、ウェイルスカラー二乗項およびチェーン＝シモンズ項を含む高次微分項を重力作用に拡張する。
• 重力子速度 $ c_T $ の負のべき乗によって高次微分相互作用をスケーリングするディスフォーマル変換を適用し、$ \Lambda_* $ のパラメトリックな抑制を実現する。
• 対称性および粒子内容を尊重する一般性を持つ作用を構成するためのボトムアップな有効場理論的手法を用いる。
• 問題となる高次微分項をキャンセルするための自由関数 $ f_1, f_2 $ と調整条件を導入し、2次微分方程式の運動法則を保証する。
• 係数 $ \gamma, \delta, \epsilon, \zeta $ を再スケーリングした修正された2次作用（式94）を導出する。これにより、安定性と2次微分的ダイナミクスが保証される。
• 簡略化のため、3階微分のウェイルテンソル項を無視し、高次微分領域への部分的拡張に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー・テンソル重力理論において、カットオフスケール $ \Lambda_* $ をパラメトリックに抑制することで、キラル重力波の生成を強化できるか？
• RQ2 2次微分方程式の運動法則を保ちながら、どのように高次微分補正を一貫して組み込むことができるか？
• RQ3 重力子速度 $ c_T $ は、ディスフォーマルスケーリングを通じてどのように大きなキラルテンソルゆらぎを生成するか？
• RQ4 チェーン＝シモンズ不安定性が単一スカラーインフレーションにおけるパリティ破れを制限する条件は何か？
• RQ5 高いパリティ破れとモード安定性を維持するため、物理的記述の変更が必要か？

主な発見

• 有効質量スケールは $ \Lambda_*^4 = c_T^6 \Lambda^4 $ であることが判明し、$ c_T \ll 1 $ のとき高次微分項が顕著に強化されることを示している。
• 式（93）による係数 $ b_1, b_2, d_1 $ の調整により、作用は2次形式（式94）に簡略化され、安定なダイナミクスが保証される。
• $ c_T $ を用いたパラメトリックな抑制により、$ \Lambda \sim M_{\text{Pl}} $ であっても、通常のパリティ破れ効果の小ささを克服し、大きなキラルテンソルゆらぎを実現可能にする。
• $ (h_{ij}^{\prime\prime})^2 $、$ h_{ij}^\prime h_{ij}^{\prime\prime} $、および $ \mathcal{H} h_{ij}^\prime $ 項のキャンセレーション機構により、2次微分方程式の運動法則が保証される。
• 得られた作用（式94）は安定であり、キラル性がパラメトリックに強化されており、このようなモデルが観測可能なキラル重力波を支持できることを示唆している。
• 本研究の結論として、特に $ c_T \ll 1 $ の極限において、十分なパリティ破れとモード安定性を維持するためには物理的記述の変更が必要であると結論づけられる。