[論文レビュー] Large Field Inflation/Quintessence and the Refined Swampland Distance Conjecture

Ralph Blumenhagen|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2018

Stochastic processes and statistical mechanics参考文献 40被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、精製されたスワンプランド距離予想（RSDC）に注目し、大スケールインフレーションとアキソン的クインテッセンスモデルが、弦理論において一貫して実現可能かどうかを調査する。これらのモデルが要請するトランスプランクスケールの場の遷移は、弦理論から導かれる効果的場理論において根本的な制御問題を引き起こすと主張しており、こうしたモデルはスワンプランドに属する可能性がある、つまり、一貫した量子重力フレームワーク内でUV完備化できないと示唆している。

ABSTRACT

Attempts to construct string derived effective field theory models realizing large field inflation are plagued by control issues. Targeted at a broader audience, in this article we review recent progress in isolating the underlying conceptual reasons for this failure. Special emphasis is given to models of axion monodromy inflation and their relation to the Swampland Distance Conjecture. This discriminates effective actions that admit a UV completion, the landscape, from those that do not, the swampland. Since they are conceptually very similar, we also comment on implied challenges for axionic quintessence models.

研究の動機と目的

• 大スケールインフレーションとアキソン的クインテッセンスモデルが、弦理論から導かれる効果的場理論において一貫して実現可能かどうかを評価すること。
• 精製されたスワンプランド距離予想（RSDC）が、アキソンモノドロミー模型におけるトランスプランクスケールの場の遷移を制約する役割を調査すること。
• アキソン質量と重いサキソンモード質量の間の階層が、こうしたモデルに克服不能な制御問題を引き起こすかどうかを検討すること。
• こうしたモデルがスワンプランドに属する、つまり一貫した量子重力フレームワーク内でUV完備化できない可能性があるかどうかを特定すること。
• RSDCがアキソン的クインテッセンスに与える影響を検討し、インフレーションモデルやde Sitter真空のノーゴ定理と類似性を明らかにすること。

提案手法

• アキソンのシフト対称性が分岐構造によって自発的に破壊されるアキソンモノドロミーインフレーション模型を分析し、大スケールの場の遷移を可能にする。
• 精製されたスワンプランド距離予想（RSDC）を適用し、アキソンベースの模型における許容される場の遷移を制約し、場が制御可能な領域に留まる必要があることを示す。
• 大スケールインフレーションに必要なトランスプランクスケールの場の遷移と、効果的場理論における場の範囲を制限するRSDCとの間に生じる矛盾を評価する。
• 宇宙論的モジュライ問題を検討：遅延した崩壊を避けるためにサキソン質量は30 TeV以上でなければならない。このため、階層 λ ∼ M_Θ / M_heavy ∼ 10^−45 が生じる。
• モジュライを安定化させ、小さなアキソン質量を生成するために必要な大きなフラックスの整合性を評価し、テードポールキャンセレーションや他のストリング理論的制約違反がないかを確認する。
• アキソン的クインテッセンスモデルとインフレーションモデルを比較し、RSDCによって同様の制御問題が生じることを主張し、両者ともスワンプランドに属する可能性があると結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定可能なテンソル対スカラー比を持つ大スケールインフレーションモデルは、弦理論由来の効果的場理論において一貫して実現可能か？
• RQ2 精製されたスワンプランド距離予想（RSDC）は、アキソンモノドロミー模型における場の遷移をどの程度制約するか？
• RQ3 宇宙論的モジュライ問題は、弦理論におけるアキソン的クインテッセンスモデルにどのような影響を与えるか？
• RQ4 RSDCの下で、アキソン的クインテッセンスモデルは、大スケールインフレーションモデルと同様の制御問題に直面するか？
• RQ5 RSDCは、UV完備化が可能な効果的場理論（ランドスケープ）とそうでないもの（スワンプランド）を区別する基準として機能できるか？

主な発見

• トランスプランクスケールの場の遷移を要請する大スケールインフレーションモデルは、弦理論から導かれる効果的場理論において根本的な制御問題を抱えており、一貫したUV完備化ができない可能性があると示唆されている。
• 精製されたスワンプランド距離予想（RSDC）は、場の遷移がプランクスケールに近いかそれ以上に達する場合、特にアキソン質量がサキソン質量に比べてはるかに小さい場合には、効果的場理論で制御不能であることを示唆している。
• アキソン的クインテッセンスにおいては、アキソンとサキソン質量の間の必要不可欠な階層 λ ∼ M_Θ / M_heavy ∼ 10^−45 が、巨大なフラックスを生じさせ、これがおそらくテードポールキャンセレーションを破るため、こうしたモデルはストリング理論において整合的でない。
• アキソンモノドロミー模型は、標準的大スケールインフレーションと比較して必要な場の遷移を短くするが、依然としてトランスプランクスケールに近い領域で動作しており、RSDCが強い制約を課す。
• 本論文は、大スケールインフレーションとアキソン的クインテッセンスの両モデルが、RSDCおよび他のストリング理論的整合性条件の下で克服不能な制御問題に直面しているため、スワンプランドに属する可能性があると示唆している。
• 永遠に転がるクインテッセンスモデルやde Sitter真空への類似性から、RSDCが成り立つならば、こうしたモデルは根本的にストリング理論と不適合である可能性があり、宇宙論的観測によって理論が反証可能である可能性を示唆している。