[논문 리뷰] The SUGRA Quintessence Model Coupled to the MSSM

Philippe Brax, Jérôme Martin|arXiv (Cornell University)|2006. 06. 13.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 16인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)과 결합된 초중력(SUGRA) 퀸티세스 모형을 조사하며, 은폐된 영역에서 초대칭이 깨지는 것이 퀸티세스 포텐셜을 수정하여 초기 우주 역사를 통해 필드가 빨리 안정화되게 한다고 보여준다. 그 결과 배경 및 선형 진동수 역학이 순수한 우주상수와 구분되지 않게 되어, 이론적으로 매력적이지만 관측적으로는 식별이 어려운 상황이 된다.

ABSTRACT

We study the cosmological evolution of the universe when quintessence is modeled within supergravity, supersymmetry is broken in a hidden sector, and we also include observable matter in a third independent sector. We find that the presence of hidden sector supersymmetry breaking leads to modifications of the quintessence potential. We focus on the coupling of the SUGRA quintessence model to the MSSM and investigate two possibilities. First one can preserve the form of the SUGRA potential provided the hidden sector dynamics is tuned. The currently available limits on the violations of the equivalence principle imply a universal bound on the vacuum expectation value of the quintessence field now, κ^{1/2}Q\ll 1. On the other hand, the hidden sector fields may be stabilised leading to a minimum of the quintessence potential where the quintessence field acquires a mass of the order of the gravitino mass, large enough to circumvent possible gravitational problems. However, the cosmological evolution of the quintessence field is affected by the presence of the minimum of the potential. The quintessence field settles down at the bottom of the potential very early in the history of the universe. Both at the background and the perturbation levels, the subsequent effect of the quintessence field is undistinguishable from a pure cosmological constant

연구 동기 및 목표

• 은폐된 영역에서 초대칭이 깨지는 SUGRA 퀸티세스 모형이 MSSM과 결합된 경우의 우주론적 영향을 탐구하는 것.
• 결과적으로 생성된 퀸티세스 포텐셜이 국소 중력 실험과 충돌을 피하면서도 초기 조건에 대해 흡인자 행동을 유지할 수 있는지 평가하는 것.
• 입자물리학과 우주론적 관측 결과 모두와 호환되는 타당한 암흑에너지 장면을 제공할 수 있는지 판단하는 것.

제안 방법

• 모형은 지수적 초중력 보정을 포함한 SUGRA 영향을 받은 퀸티세스 포텐셜을 사용하며, 필드 의존성 계수와 역거듭제곱 법칙 행동을 매개변수화한다.
• 퀸티세스 영역을 MSSM과 은폐된 영역에 연결하며, 초대칭은 중력 매개 방식으로 은폐된 영역에서 깨진다.
• 약한 등가원리와 제5력 실험의 제약 조건을 활용하여 퀸티세스 필드의 진공기대값을 제한한다.
• 퀸티세스 필드의 배경 진동수와 선형 섭동을 분석하며, 수정된 효과 질량을 가진 시간에 따라 변하는 배경에서 필드 방정식을 해결한다.
• 특히 중성미온 질량이 허블 파라미터보다 훨씬 클 때의 진동수 진동을 기술하기 위해 수정된 베셀 함수를 사용한다.
• 결과로 유도된 역학을 순수한 우주상수와 비교하며, 배경 및 섭동 수준에서의 이격 정도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은폐된 영역에서 초대칭이 깨지는 SUGRA 퀸티세스 모형이 MSSM과 결합된 경우, 국소 중력 제약 조건을 만족하면서도 필드의 타당한 흡인자 해를 유지할 수 있는가?
• RQ2 은폐된 영역에서의 초대칭 깨짐이 퀸티세스 포텐셜을 어떻게 수정하고, 그로 인해 우주론적 진동수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 설정에서 퀸티세스 필드의 섭동은 어느 정도 우주상수 장면과 다를까?
• RQ4 안정화된 퀸티세스 포텐셜 최소값은 필드의 후기 시기 진동수와 관측적 서명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 관측된 암흑에너지 밀도를 달성하면서도 퀸티세스 스케일의 미세조정을 피할 수 있는가?

주요 결과

• 은폐된 영역에서의 초대칭 깨짐은 최소값을 가진 수정된 퀸티세스 포텐셜을 유도하며, 이는 필드가 우주의 역사 초반에 포텐셜의 바닥에 매우 일찍 정착하게 한다.
• 퀸티세스 필드가 최소값에 도달한 후, 그 후의 우주론적 진동수는 배경 및 섭동 수준에서 순수한 우주상수와 구분되지 않는다.
• 진동수의 섭동은 시간이 지남에 따라 감쇠되며, 성장 모드가 없는데, 이는 해의 점점 가까워지는 베셀 함수의 점근적 행동 때문이며, 이는 퀸티세스가 구조 형성에 큰 영향을 주지 않음을 시사한다.
• 모형은 국소 중력 실험과 충돌을 피하기 위해 κ¹/²Q ≪ 1 조건을 요구하며, 이는 필드의 현재 값에 강력한 제약을 가한다.
• 원래의 SUGRA 포텐셜 형태를 유지하기 위해서는 은폐 영역의 역학에 대한 미세조정이 필요하며, 이는 제5력과 등가원리 위반에 대한 관측 제약과 충돌한다.
• 모형의 타당성은 필드 값이 작을 때 카일러 포텐셜이 비정상적이어야만 유지될 수 있으며, 이는 향후 모형에서 무스케일 또는 유사한 구조가 필요함을 시사한다.