[論文レビュー] Natural Inflation and Universal Hypermultiplet

Sergei V. Ketov|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、Calabi-Yau三様体へのタイプIIA超弦理論の compactification において、自然インフレーションのUV完全な実現を提案し、インフレートンをユニバーサルハイパーマルチプレットの軸子と特定する。他のスカラーのフラックス誘起ゲージ化によるスカラーの安定化は、3次元Toda方程式に従うスカラー・ポテンシャルを生じさせ、N=2超対称性の自発的破れを可能にする。非摂動的効果（ゲージ線凝集など）がインフレートンポテンシャルを生成し、CMB観測量（ns, r）を観測データの全範囲にわたって柔軟に取り扱える。

ABSTRACT

A novel framework is proposed for embedding the natural inflation into the type IIA superstrings compactified on a Calabi-Yau (CY) three-fold. Inflaton is identified with axion of the Universal Hypermultiplet (UH). The other UH scalars (including dilaton) are stabilized by the CY fluxes whose impact can be described by gauging of the abelian isometry associated with the axion, when the NS5-brane instanton contributions are suppressed. Then the stabilizing scalar potential is controlled by the integrable three-dimensional Toda equation, and leads to spontaneous N=2 SUSY breaking. The inflationary scalar potential of the UH axion is dynamically generated at a lower scale in the natural inflation via the non-perturbative quantum field effects such as gaugino condensation. The natural inflation has two scales that allow any values of the CMB observables $(n_s,r)$.

研究の動機と目的

• 量子重力の基本的理論として、タイプIIA超弦理論をCalabi-Yau三様体にcompact化した枠組み内で自然インフレーションのUV完備化を提供すること。
• ユニバーサルハイパーマルチプレットモデルにおけるdilatonの安定化という長年の課題を、CYフラックスとゲージ化手順を用いて解決すること。
• ユニバーサルハイパーマルチプレットの軸子が、非摂動的量子効果による動的生成ポテンシャルを介して実用的なインフレートン場として機能できることを示すこと。
• 2つの異なるエネルギースケールを導入することで、得られるインフレーションモデルがPLANCKおよびBICEP2の両方のデータと整合するCMB観測量（ns, r）を生成できることを示すこと。

提案手法

• タイプIIA compactificationにおけるユニバーサルハイパーマルチプレットの軸子成分をインフレートンとして特定する。
• CYフラックスを用いて、軸子に関連するU(1)等級対称性のゲージ化を誘導し、ユニバーサルハイパーマルチプレットのモジュライ空間を安定化する。
• ゲージ化によるスカラー・ポテンシャルを、超ポテンシャル形式を用いてモデル化し、可積分な3次元Toda方程式に従うポテンシャルを導出する。
• NS5-braneインスタントンの抑制を仮定し、軸子等級対称性を保ち、非摂動的効果の前には軸子が質量を持たないことを保証する。
• ゲージ線凝集などの非摂動的効果により、より低いエネルギースケールでインフレートンポテンシャルを動的に生成する。
• 軸子の有効スカラー・ポテンシャルを V(φ) ≈ (1/2) f² (φ/f)² として導出し、自然インフレーションに一致するものとし、CMB観測量をスケール f と Λ に関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプIIA超弦理論のcompactificationにおけるユニバーサルハイパーマルチプレットは、自然インフレーションのUV完備的フレームワークを提供可能か？
• RQ2 ユニバーサルハイパーマルチプレットに含まれるdilatonおよび他のスカラー場は、インフレーションダイナミクスと整合する形でどのように安定化可能か？
• RQ3 フラックス誘起ゲージ化された軸子等級対称性は、ユニバーサルハイパーマルチプレットの制御されたスカラー・ポテンシャルを生成する役割を果たすか？
• RQ4 ゲージ線凝集などの非摂動的量子効果は、この設定においてどのようにインフレートンポテンシャルを生成するか？
• RQ5 得られるモデルは、BICEP2による r ≈ 0.2 の測定値を含め、現在のデータが要請するCMB観測量（ns, r）の全範囲を再現可能か？

主な発見

• ユニバーサルハイパーマルチプレットの軸子は、非摂動的効果（ゲージ線凝集など）による動的生成ポテンシャルを介して、UV完全な超弦理論的枠組み内での実用的インフレートン場として機能可能である。
• フラックス誘起ゲージ化により、ユニバーサルハイパーマルチプレットの他のスカラー（dilatonを含む）が安定化され、N=2超対称性の自発的破れが生じる。
• ユニバーサルハイパーマルチプレットのスカラー・ポテンシャルは、可積分な3次元Toda方程式に従い、良好に定義された安定した真空構造を保証する。
• モデルは2つの異なるエネルギースケール f（軸子崩壊定数）と Λ ≈ 2.2 × 10¹⁶ GeV（非摂動的効果のスケール）を有し、これらがCMB観測量 ns と r を制御する。
• CMB観測量（ns, r）は f と Λ に直接関連し、パラメータの調整により、PLANCKおよびBICEP2の両方のデータをモデルが適合可能である。
• 軸子のスカラー・ポテンシャルは V(φ) ≈ (1/2) f² (φ/f)² の形を取り、自然インフレーションに特徴的なものであり、スローロール条件および観測されたCMB非一様スペクトルと整合する。