[論文レビュー] Initial conditions for plateau inflation

Tommi Tenkanen, Eemeli Tomberg|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、特にパラティーニ重力における $R^2$ 項を含む・含まないヒッグスインフレーションモデルの初期条件を調査し、インフレーションスケールやインフレートンの値がプラントルクスケール未満であっても、微調整を要せず広いパrameter空間において多数の e フォールドが生成されることを示している。主な結果として、自然な初期条件のもとで、このようなモデルが有効であり、予測可能であることが判明し、初期重力波およびトランスプランクスケール禁断仮説に影響を及ぼす。

ABSTRACT

We study initial conditions for inflation in scenarios where the inflaton potential has a plateau shape. Such models are those most favored by Planck data and can be obtained in a large number of model classes. As a representative example, we consider Higgs inflation with and without an $R^2$ term in the context of Palatini gravity. We show that inflation with a large number of e-folds generically occurs in a large part of the parameter space without any fine-tuning of parameters even when the scale of inflation and the inflaton field value during inflation are much smaller than the Planck scale. We discuss consequences for detection of primordial gravitational waves and spectral tilt of curvature perturbations, as well as the recently proposed Trans-Planckian Censorship conjecture.

研究の動機と目的

• 段差型インフレーションモデルが、微調整を要しない初期条件のもとで多数の e フォールドを達成できるかどうかを調査すること。
• パラティーニ重力における $R^2$ 項を含む・含まないヒッグスインフレーションの、一般的な初期場の値のもとでの実現可能性を評価すること。
• 自然なインフレーションが、初期重力波検出および曲率摂動のスペクトル傾きに与える影響を評価すること。
• 段差型インフレーションが最近提唱されたトランスプランクスケール禁断仮説と整合するかどうかを検討すること。

提案手法

• メトリック重力とは異なり、重力相互作用が変更されるパラティーニ形式における段差型ポテンシャル内のインフレートン場のダイナミクスを分析すること。
• インフレーションダイナミクスおよび初期条件のロバストネスに与える影響を調査するため、重力作用に $R^2$ 項を含めること。
• パラティーニ重力から導かれる修正されたフレリッドマン方程式を解き、インフレーション期におけるインフレートンおよびスケール因子の時間発展を特定すること。
• 初期場の値および結合パラメータの広い範囲にわたる e フォールド数およびスペクトルパラメータ（例：スペクトル傾き）を評価すること。
• 初期場の値の変動に対するインフレーションのロバストネスを評価し、微調整の程度を特定すること。
• 初期重力波およびスペクトル指数の予測を、プランクデータからの観測制約と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低スケールのインフレーションエネルギーやプラントルク未満のインフレートン値を有する段差型インフレーションが、初期条件の微調整を要せず多数の e フォールドを達成できるか？
• RQ2 パラティーニ重力における $R^2$ 項の導入が、初期場の値の変動に対するインフレーションのロバストネスに与える影響は何か？
• RQ3 自然な初期条件が、初期重力波の検出可能性にどのような影響を及えるか？
• RQ4 この設定における曲率摂動のスペクトル傾きはどのように振る舞い、プランク観測と整合的か？
• RQ5 得られたインフレーション状況は、トランスプランクスケール禁断仮説と整合的か？

主な発見

• 段差型インフレーションにおいて、パrameterの微調整を要せず、広い初期場の値の範囲で多数の e フォールドが生成可能である。
• パラティーニ重力における $R^2$ 項の導入により、インフレーションのロバストネスが向上し、インフレーションスケールおよびインフレートン場の値がプラントルクスケール未満であっても自然な初期条件が可能になる。
• 予測される曲率摂動のスペクトル傾きは、プランクデータと整合的であり、モデルの実現可能性を支持する。
• この設定では初期重力波信号が抑制されるため、現在または近い将来の実験では検出が困難である。
• 自然な初期条件のもとで、モデルの振る舞いはトランスプランクスケール禁断仮説と整合的であり、このフレームワーク内では仮説の違反がないことが示唆される。