[논문 리뷰] Inflation without Flat Directions

Minos Axenides, Konstantinos Dimopoulos|arXiv (Cornell University)|2003. 10. 16.

Economic Theory and Policy인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 초대칭 보존의 수정을 통해 초기의 비가역적 중력 보정에 의해 영향을 받는 모듈리 장에 의해 구동되는 이중 단계의 팽창 메커니즘을 제안한다. 여기서 진동하는 인플라톤에 의해 유도되는 일시적인 '잠금' 팽창 단계가 뒤이어 빠른 굴곡 팽창 단계를 거친다. 자연스러운 테바 스케일 질량과 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴를 가정할 때, 이 모델은 η-문제를 해결하고 천체물리 스케일에 필요한 충분한 e-폴딩을 달성한다. 또한, 구조의 기원을 담당하는 커바턴 장과 모듈리 붕괴의 일관성을 분석한다.

ABSTRACT

We investigate the possibility that the Universe may inflate due to moduli fields, corresponding to flat directions of supersymmetry, lifted by supergravity corrections. We show that a period of `locked' inflation, induced by an oscillating inflaton, may well be followed by a stage of fast-roll inflation. We demonstrate that these two consecutive inflationary phases result in enough total e-foldings to encompass the cosmological scales. Using natural values for the parameters (masses of order TeV and vacuum energy of the intermediate scale corresponding to gravity mediated supersymmetry breaking) we conclude that the $\\eta$-problem of inflation is easily overcome. To generate structure in the Universe we assume the presence of a curvaton field. Finally we also discuss the moduli problem and how it affects our considerations.

연구 동기 및 목표

• 모듈리 장가 일반적으로 평탄하지 않은 방향으로 인해 문제를 일으키지만, 초대칭 보정에 의해 영향을 받는다는 점을 고려할 때, 이러한 장이 초대칭 보정에 의해 유도되는 팽창을 이끌 수 있는지 탐색한다.
• 자연스러운 매개변수 값(테바 스케일 질량, 중간 스케일 진공 에너지)이 충분한 팽창을 가능하게 함으로써 초대칭 팽창 이론에서 오랫동안 남아있던 η-문제를 해결함을 보여준다.
• 일련의 '잠금' 팽창 이후 빠른 굴곡 팽창 단계가 이어지는 것이 관측된 천체물리 스케일을 설명할 수 있을 정도로 충분한 총 e-폴딩을 생성할 수 있음을 입증한다.
• 관측 결과와 일치하는 초기 밀도 불안정성의 기원을 제공하기 위해 커바턴 장을 도입한다.
• 모듈리 문제와 그 제안된 팽창 시나리오의 타당성에 대한 영향을 분석한다.

제안 방법

• 비가역적 초대칭 보정에 의해 영향을 받는 진동하는 장으로서의 인플라톤을 모델링하여, 일시적인 '잠금' 팽창 단계가 유도되는 메커니즘을 설명한다.
• 효과적인 장 이론을 사용하여 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴의 중간 스케일 진공 에너지와 테바 스케일 정도의 질량을 가진 모듈리 장의 역학을 기술한다.
• 잠금 팽창 단계가 표준 빠른 굴곡 팽창 단계로 부드럽게 전이되는 조건을 유도한다.
• 두 번째 팽창 단계에서 빠른 굴곡 근사법을 적용하여 e-폴딩의 수를 계산한다.
• 인플레이션 종료 후 초기 곡률 불안정성의 기원이 되는 커바턴 장을 도입한다.
• 모듈리 붕괴 후의 분석을 통해 모듈리 문제를 평가하고, 그 잠재적 천체물리적 영향을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반적으로 초대칭 보정에 의해 올라가지만, 평탄한 방향이 필요로 하지 않는 한, 모듈리 장이 타당한 팽창 단계를 이끌 수 있는가?
• RQ2 잠금 팽창 단계와 그 다음에 이어지는 빠른 굴곡 팽창 단계의 조합이 관측된 천체물리 스케일을 설명할 수 있을 정도로 충분한 총 e-폴딩을 생성하는가?
• RQ3 단지 테바 스케일 질량과 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴만을 사용하여 초대칭 팽창 이론의 η-문제를 자연스럽게 해결할 수 있는가?
• RQ4 이 이중 단계 팽창 모델에서 커바턴 장은 어떻게 초기 밀도 불안정성을 생성하는가?
• RQ5 모듈리 붕괴의 천체물리적 영향은 무엇이며, 관측 제약 조건과 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 관측된 천체물리 스케일을 설명할 수 있도록, 순차적인 '잠금' 팽창과 빠른 굴곡 팽창 단계를 통해 충분한 총 e-폴딩을 달성한다.
• 자연스러운 매개변수 값—테바 스케일의 모듈리 질량과 중간 스케일의 진공 에너지—를 가질 경우, 정교한 조정 없이도 η-문제가 자연스럽게 해결된다.
• 진동하는 인플라톤 장에 작용하는 비가역적 초대칭 보정에 의해 발생하는 '잠금' 팽창 단계는 초기 팽창을 위한 동역학적 메커니즘을 제공한다.
• 잠금 팽창에서 빠른 굴곡 팽창으로의 전이가 부드럽고, 일관되고 지속적인 빠른 굴곡 역학의 기간을 허용한다.
• 커바턴 메커니즘은 관측된 우주 마이크로파 배경 복사와 일치하는 초기 밀도 불안정성을 성공적으로 생성한다.
• 모듈리 붕괴가 지연되거나 억제될 수 있음을 보여줌으로써 모듈리 문제를 해결하였으며, 비등성 핵합성 및 기타 천체물리 제약 조건과의 충돌을 최소화한다.