[論文レビュー] How the Diphoton Excess May Save Minimal Hybrid Inflation in Supergravity

Konstantinos Dimopoulos, Charlotte Owen|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、750 GeVのdiphoton過剰に一致するスカラー場によって駆動される一時的な熱的インフレーション段階を導入することで、超対称性理論における最小限のハイブリッドインフレーションを救済する。フラトンの大きな真空期待値により、スペクトル指数がプランク2σ範囲内に安定化され、検出可能なテンソル対スカラー比を予測する。これにより、ケーラー項を複雑化することなく、モデルが再び成立可能になる。

ABSTRACT

Minimal hybrid inflation in supergravity has been ruled out by the 2015 Planck observations because the spectral index of the produced curvature perturbation falls outside observational bounds. To resurrect the model, a number of modifications have been put forward but they spoil the accidental cancellation that resolves the eta-problem and require complicated Kahler constructions to counterbalance the lost cancellation. In contrast, in this paper the model is rendered viable by supplementing the scenario with a brief period of thermal inflation, which follows the reheating of primordial inflation. The 750 GeV diphoton excess found at the LHC hints at a likely candidate for the scalar field responsible for thermal inflation, which requires a large non-zero vacuum expectation value (VEV) and a flat potential. We investigate the VEV of such a flaton field and its subsequent effect on the inflationary observables. We find that, for large VEV, minimal hybrid inflation in supergravity produces a spectral index within the 2-sigma Planck bound and a tensor-to-scalar ratio which will be observable in the near future. The mechanism is applicable to other inflationary models.

研究の動機と目的

• 2015年プランクデータにおける観測境界外に逸脱するスペクトル指数の問題に起因する、超対称性理論における最小限のハイブリッドインフレーションの不適合性を是正すること。
• アービトラリーなキャンセレーションがエータ問題を解消するのを破壊する複雑なケーラー補正を導入することなく、最小モデルの再活性化を図ること。
• 大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における750 GeVのdiphoton過剰が、熱的インフレーションを駆動するスカラー場の物理的実現である可能性を検討すること。
• このフラトン場の真空期待値が、最小ハイブリッドモデルのインフレーション観測量に与える影響を調査すること。

提案手法

• 初期インフレーションに続く短時間の熱的インフレーション段階を導入し、平坦なポテンシャルと大きな真空期待値を持つスカラー場によって駆動する。
• 750 GeVのdiphoton共鳴状態を、平坦なポテンシャルと大きなV.E.V.を持つ熱的インフレーター場の候補として特定する。
• 有効ポテンシャルと曲率摂動スペクトルを計算し、熱的インフレーションの寄与を合計パワースペクトルに組み込む。
• フラトンの大きなV.E.V.を用いて、有効質量とインフレーター・ポテンシャルの曲率を修正し、スペクトル指数を観測境界内にシフトさせる。
• デルタ-N形式を用いて、二段階のインフレーションダイナミクスを考慮した初期曲率パワー・スペクトルを計算する。
• テンソル対スカラー比とスペクトル指数の制約を導出し、プランク2015年の2σ境界および将来の観測感度と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVのスカラー場によって駆動される短時間の熱的インフレーション段階が、超対称性理論における最小限のハイブリッドインフレーションの有効性を回復できるか？
• RQ2 熱的インフレーター場の大きな真空期待値が、曲率摂動のスペクトル指数に与える影響は何か？
• RQ3 熱的インフレーションの導入が、最小超対称性理論モデルにおけるエータ問題の解消に寄与するアービトラリーなキャンセレーションを保持するか？
• RQ4 この状況下での予測されるテンソル対スカラー比は何か？そして、近い将来の実験で測定可能か？

主な発見

• 750 GeVのフラトン場の大きな真空期待値により、曲率摂動のスペクトル指数がプランク2015年データの2σ観測境界内にシフトする。
• このモデルは、近い将来に観測可能なテンソル対スカラー比を予測しており、今後のCMB実験による検証が可能である。
• このメカニズムはケーラー項におけるアービトラリーなキャンセレーションを保持しており、自然性を損なう複雑な補正を回避する。
• 熱的インフレーション段階は、初期インフレーション段階中の有効ポテンシャルを効果的に修正し、元の最小ハイブリッドインフレーション構造を変更せずにスペクトル指数を安定化させる。
• このモデルは有効的かつ予測可能であり、diphoton過剰が熱的インフレーター場の明確な素粒子物理学的実現を提供する。