[論文レビュー] Double sneutrino inflation and its phenomenologies

Xiao-Jun Bi, Bo Feng+1 more|ArXiv.org|Sep 17, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、最小限の超対称的シーイズモデルにおける二重ニュートリノインフレーションモデルを提案する。インフレーションは最初に重いスネュートリノ $\tilde{N}_2$ によって駆動され、その後に軽い $\tilde{N}_1$ が引き続き駆動する。質量比は $6 \lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$ である。このモデルは大スケールでの初期スカラースペクトルを抑制し、CMB TT四重極子が単一スネュートリノモデルと比較して顕著に低くなることを予測する。この結果、WMAPデータとの整合性が約1.5σの信頼水準で向上する。

ABSTRACT

In this paper we study double scalar neutrino inflation in the minimal supersymmetric seesaw model in light of WMAP. Inflation in this model is firstly driven by the heavier sneutrino field $ ilde{N}_2$ and then the lighter field $ ilde{N}_1$. we will show that with the mass ratio $6\lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$ the model predicts a suppressed primordial scalar spectrum around the largest scales and the predicted CMB TT quadrupole is much better suppressed than the single sneutrino model. So this model is more favored than the single sneutrino inflation model. We then consider the implications of the model on the reheating temperature, leptogenesis and lepton flavor violation. Our results show that the seesaw parameters are constrained strongly by the reheating temperature, together with the requirement by a successful inflation. The mixing between the first generation and the other two generations in the right-handed neutrino sector is tiny. The rates of lepton flavor violating processes in our scenario depend on only 4 unknown seesaw parameters through a 'reduced' seesaw formula, besides $U_{e3}$ and the supersymmetric parameters. We find that the branching ratio of $μ o e γ$ is generally near the present experimental limit, while ${ m Br}(τ o μγ)$ is around $\mathcal{O}(10^{-10} - 10^{-9})$.

研究の動機と目的

• WMAPが観測したCMB TT四重極子とスペクトル指数の変化に関する矛盾を解消すること。
• 最小限の超対称的シーイズモデルにおける二スネュートリノインフレーション機構が、単一スネュートリノモデルよりもCMBデータをより良く説明できるかどうかを調査すること。
• 再加熱温度、レプトゲネシス、およびレプトンフラバー違反（LFV）過程を介して、シーイズパラメータを制約すること。
• このモデルがニュートリノ質量、LFV崩壊率、およびバリオン非対称性に与える現象論的影響を特定すること。

提案手法

• インフレーションを二スカラー場のカオス的インフレーションとしてモデル化し、ポテンシャルを $V(\phi_1,\phi_2) = \frac{1}{2}m_1^2\phi_1^2 + \frac{1}{2}m_2^2\phi_2^2$ と定義する。ここで $\phi_1 = \tilde{N}_1$, $\phi_2 = \tilde{N}_2$ である。
• 三つの右手系ニュートリノを用いたシーイズ機構により、軽い左手系ニュートリノ質量を生成する。重い $\tilde{N}_3$ はインフレーションから分離される。
• レプトンフラバー違反率を四つの未知のシーイズパラメータ $U_{e3}$ およびSUSYパラメータのみで表現するため、'簡略化された'シーイズ式を適用する。
• 初期スペクトルを計算し、WMAP第一年間データと比較することで、質量比 $M_2/M_1$ を制約する。
• gravitino問題に起因する再加熱温度の制約を適用し、シーイズパラメータ空間を制限する。
• 軽いスネュートリノインフレーション粒子の崩壊による非熱的レプトゲネシスを分析し、バリオン非対称性がシーイズパラメータに依存することを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二スネュートリノインフレーションモデルは、単一スネュートリノモデルと比較して、CMB TT四重極子をより効果的に抑制できるか。これにより、WMAP観測との整合性が向上するか。
• RQ2 gravitino問題と再加熱温度の制約が、このインフレーション的文脈におけるシーイズモデルの妥当なパラメータ空間をどのように形作るか。
• RQ3 このモデルにおけるレプトンフラバー違反過程、例えば $\mu \to e\gamma$ および $\tau \to \mu\gamma$ の予測される分岐比は何か。
• RQ4 この二重スネュートリノインフレーション設定において、レプトゲネシスとレプトンフラバー違反に相関関係があるか。
• RQ5 このモデルは観測されたバリオン非対称性およびニュートリノ質量なし二重ベータ崩壊の信号を説明できるか。

主な発見

• 質量比 $6 \lesssim M_2/M_1 \lesssim 10$ および $M_1 \sim 1.7 \times 10^{13}$ GeV を持つ二重スネュートリノモデルは、大スケールでの初期スカラースペクトルを抑制し、CMB TT四重極子を単一スネュートリノモデルと比較して顕著に低くする。
• この抑制はWMAPデータとの整合性を向上させ、単一スネュートリノモデルと比較して約1.5σの信頼水準でモデルが支持される。
• gravitino問題により再加熱温度は $\lesssim \mathcal{O}(10^{10})$ GeV に制限され、これがシーイズパラメータ空間を強く制限する。
• $\mu \to e\gamma$ の分岐比は一般的に現在の実験的限界に近いか、それを上回るが、$\text{Br}(\tau \to \mu\gamma)$ は $\mathcal{O}(10^{-10} - 10^{-9})$ と予測され、現在の限界よりもはるかに低い。
• レプトゲネシスは、最も軽いスネュートリノインフレーター粒子の崩壊から生じ、適切なシーイズパラメータの調整によりバリオン非対称性が成功裏に生成される。
• ニュートリノ質量なし二重ベータ崩壊の有効メジャーナ質量は $\langle m \rangle_{ee} \sim (2\sim 4) \times 10^{-3}$ eV と推定され、観測されたこのような崩壊の信号を説明するのは困難である。