[논문 리뷰] Issues in Complex Structure Moduli Inflation

Hirotaka Hayashi, Ryo Matsuda외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 28.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 63인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 F-theory(compactification)에서 복잡한 구조 모듈리가 느린 굴절(inflation)을 이끌 수 있는지 여쭤보며, 오른쪽 수선의 뉘트리노(inflaton) 시나리오에 초점을 맞춘다. 연구 결과, 카일러 모듈리 안정화에서 비롯하는 엄격한 제약로 인해 복잡한 구조 모듈리의 장 이동이 매우 제한되며, 정밀하게 조정된 플럭스 구성이나 다른 메커니즘을 써야만 대장 이동(inflation)이 일반적으로 가능해진다.

ABSTRACT

Supersymmetric compactification with moderately large radius (${ m Re}< T > \sim {\cal O}(10)$ or more) not only accommodates supersymmetric unification, but also provides candidates for an inflaton in the form of geometric moduli; the value of ${ m Re}< T > > 1$ may be used as a parameter that brings corrections to the inflaton potential under control. Motivated by a bottom-up idea "right-handed sneutrino inflation" scenario, we study whether complex structure moduli can play some role during the slow-roll inflation and/or reheating process in this moderately large radius regime. Even when we allow a tuning introduced by Kallosh and Linde, the barrier of volume stabilization potential from gaugino condensation racetrack superpotential can hardly be as high as $(10^{16} \; { m GeV})^4$ for generic choice of parameters in this regime. It is also found that even very small deformation of complex structure during inflation/reheating distorts the volume stabilization potential, so that the volume stabilization imposes tight constraints on large-field inflation scenario involving evolution of complex structure moduli. A few ideas of satisfying those constraints in string theory are also discussed.

연구 동기 및 목표

• F-theory compactification에서 복잡한 구조 모듈리가 인플레이션 장으로 기능할 수 있는지 평가하는 것, 특히 오른쪽 수선의 뉘트리노 인플레이션 시나리오의 맥락에서.
• 인플레이션 기간 동안 카일러 모듈리 안정화와 복잡한 구조 모듈리 역학 사이의 상호작용을 조사하는 것.
• 라코트 슈퍼퍼텐셜을 통한 부피 안정화에 의해 부과된 제약 조건 하에서 느린 굴절 인플레이션을 위해 필요한 장 이동이 어떻게 달성될 수 있는지 판단하는 것.
• 현상학적 및 스트링 이론적 일관성 조건을 만족시키면서도 복잡한 구조 모듈리가 인플레이션을 이끌 수 있는 타당한 메커니즘을 탐색하는 것.
• 카일러 모듈리와 복잡한 구조 모듈리가 혼합되는 경우, 특히 카일러 모듈리가 인플레이션을 이끄는 상황에서 재가열 과정과 우주의 열역학적 역사가 어떻게 유지될 수 있는지 검토하는 것.

제안 방법

• 논문 [10]과 [11]의 결과를 조합하여 인플레이션 기간 동안 카일러 모듈리와 복잡한 구조 모듈리 간의 상호의존성을 분석한다.
• 게이지노 응집 슈퍼퍼텐셜의 계수를 정밀하게 추정하여 카일러 모듈리 역학을 더 엄격히 제약하는 데 기여한다.
• 특정 칼라비-유우 3-fold를 명시하지 않고도 복잡한 구조 모듈리 진화에 대한 제약 조건을 도출하기 위해 현상학적 접근을 사용한다.
• 현상학적 제약 조건을 주로 칼로시-린드 터닝을 중심으로 한 Type IIB 플럭스(compactification) 슈퍼퍼텐셜의 언어로 변환한다.
• 슈퍼퍼텐셜 구조 $W_{GVW}$와 그 근을 분석하여 다중 최소값이 존재함으로써 위상 인플레이션 가능성을 평가한다.
• 특히 카일러 모듈리가 인플레이션을 이끄는 상황에서 카일러 모듈리와 복잡한 구조 모듈리 간의 장 혼합이 재가열과 열역학적 역사에 미치는 영향을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 카일러 모듈리 안정화에서 비롯하는 제약 조건을 감안할 때, F-theory compactification에서 복잡한 구조 모듈리가 자연스럽게 느린 굴절 인플레이션을 지탱할 수 있는가?
• RQ2 두 개의 게이지노 응집에서 유래한 레이서트랙 슈퍼퍼텐셜을 통한 카일러 모듈리 안정화가, 인플레이션 기간 동안 복잡한 구조 모듈리의 장 이동에 어떤 제약을 끼치는가?
• RQ3 오른쪽 수선의 뉘트리노 인플레이션 시나리오가 오른쪽 수선의 뉘트리노가 복잡한 구조 모듈리로 식별되는 스트링 compactification에서 얼마나 실현 가능한가?
• RQ4 복잡한 구조 모듈리가 대장 이동 인플레이션을 위해 충분한 장 이동을 달성하면서도 부피 안정화를 유지할 수 있는 타당한 플럭스 구성이 존재하는가?
• RQ5 복잡한 구조 모듈리가 주요 인플레이션 장이 아니지만 카일러 모듈리와 혼합되는 모델에서 재가열 과정과 인플레이션 후 열역학적 역사가 유지될 수 있는가?

주요 결과

• 인플레이션 기간 동안 카일러 모듈리 안정화는 복잡한 구조 모듈리의 진화에 엄격한 제약을 끼치며, 이로 인해 장 이동이 매우 작은 값으로 제한된다.
• 인플레이션 후 진공에서 질량 고유상태는 일반적으로 카일러 모듈리와 복잡한 구조 모듈리의 혼합물이 되며, 이는 인플레이션 장의 정의를 어렵게 한다.
• 레이서트랙 안정화에서 유도된 현상학적 제약 조건은 복잡한 구조 모듈리 진화를 통한 e-폴딩 수가 매우 적다는 것을 시사하며, 이는 대장 이동 인플레이션을 일반적으로 비가능하게 한다.
• 게이지노 응집 슈퍼퍼텐셜의 계수는 부피 안정화 포텐셜을 정확히 제약하기 위해 신중하게 추정되어야 하며, 본 논문은 이 계수의 추정치를 개선한다.
• 다중 최소값이 있는 슈퍼퍼텐셜을 통한 위상 인플레이션은 매우 정밀하게 조정된 플럭스 선택에서만 가능하며, 심지어 그마저도 도메인 월을 둘러싸는 부피 안정화 조건을 만족하지 못할 수 있다.
• 카일러 모듈리가 인플레이션을 이끌더라도 재가열 과정은 여전히 오른쪽 수선의 뉘트리노를 통해 주로 일어날 수 있지만, 모듈리 혼합과 스펙트럼 세부 사항에 의존함으로써 오른쪽 수선의 뉘트리노 시나리오의 전체 현상학적 예측은 상실된다.