[論文レビュー] Winding out of the Swamp: Evading the Weak Gravity Conjecture with F-term Winding Inflation?
この論文は、カーブィ・ヤウ3-foldの複素構造モジュリにおける2つのアキソンの場の空間における巻き付き軌道を用いて、弦理論における大領域インフレーションの新しいモデルを提案する。軌道は、バルクフラックスからのF-termポテンシャルによって安定化され、プランクスケールを超える有効場の範囲を実現する。インフレーションポテンシャルは微小なインスタントン補正から生じ、強いノー・ゴー定理を回避し、深刻な調整を要さずにアキソンに対する弱い重力予想の抜け道を実現する。
We present a new model of large field inflation along a winding trajectory in the field space of two axionic fields, where the 'axions' originate from the complex structure moduli sector of a Calabi-Yau 3-fold at large complex structure. The winding trajectory arises from fixing one combination of axions by bulk fluxes and allows for a transplanckian effective field range. The inflaton potential arises from small 'instantonic' corrections to the geometry and realises natural inflation. By working in a regime of large complex structure for two complex structure moduli the inflaton potential can be made subdominant without severe tuning. We also discuss the impact of the recent 'no-go theorems' for transplanckian axion periodicities on our work. Interestingly, our setup seems to realise a loophole pointed out in arXiv:1503.00795 and arXiv:1503.04783: our construction is a candidate for a string theory model of large field inflation which is consistent with the mild form of the weak gravity conjecture for axions.
研究の動機と目的
- プランクスケールを超えるアキソン周期性に関連する最近のノー・ゴー定理を回避する、弦理論における実現可能な大領域インフレーションモデルの構築を目的とする。
- 2つのアキソンの場の空間における巻き付き軌道が、モノドロミーもしくは極端な調整を要することなく、プランクスケールを超える有効場の範囲を実現できることを示す。
- 微小なインスタントン補正から生じるインフレーター・ポテンシャルが、モジュリ安定化と両立する形で支配的でないままであることを示す。
- このモデルが、最近の「ノー・ゴー」定理の文脈において、アキソンに対する弱い重力予想の抜け道を実現できるかどうかを探索する。
- F-termポテンシャルがバルクフラックスから生じ、セキシオンを安定化させ、アキソンの組み合わせを固定することで、インフレーションに適した1つの平坦で巻き付きのある方向を残すフレームワークを確立する。
提案手法
- カービー・ヤウ3-foldの複素構造モジュリ領域におけるアキソンを用い、大複素構造極限において、アキソンのシフト対称性が出現することを仮定する。
- バルクフラックスによるF-termポテンシャルを導入し、アキソンとセキシオンの1つの組み合わせを安定化させ、場の空間に1つの平坦で巻き付きのある方向を残す。
- インフレーターがコンパクトな場の空間を複数回巻き戻すようにフラックスを選択することで、巻き付き軌道を構築する。
- 幾何学への微小なインスタントン補正によってインフレーター・ポテンシャルを生成し、その形が振動的であり、自然なインフレーション状況をもたらす。
- 超ポテンシャルを $ ilde{ m W}_{ m inf} = A_1 e^{-2 au_1/f_1} e^{-2 au_2/f_2} + A_2 e^{-2 au_1/f_3} $ の形に設定し、$ f_2 $ を超プランクスケール、$ f_1, f_3 $ をプランクスケール未満とすることで、インフレーターが $ au_2 $ の虚部であることを保証する。
- 弱い重力予想との整合性を分析し、インフレーター方向における主要な非摂動的項が抑制されることを示し、強い形の予想に対する抜け道を実現することを示す。
実験結果
リサーチクエスチョン
- RQ1モノドロミーもしくは極端な調整に依存せずに、弦理論においてプランクスケールを超える場の範囲を達成できるか？
- RQ2バルクフラックスからのF-termポテンシャルがモジュリを安定化させつつ、アキソン場の空間に長く巻き付きのあるインフレーション軌道を残せるか？
- RQ3インスタントンポテンシャルの小ささが、微調整を要さずにモジュリ安定化と両立可能か？
- RQ4既知の抜け道を実現することで、このモデルがアキソンに対する強い形の弱い重力予想を回避できるか？
- RQ5セキシオンとアキソンの組み合わせを独立に固定するという、提示されたモジュリ安定化のパターンは、具体的なカービー・ヤウコンパクト化で実現可能か？
主な発見
- モデルは、バルクフラックスからのF-termポテンシャルによって安定化される2つのアキソンの場の空間における巻き付き軌道により、プランクスケールを超える有効場の範囲を達成する。
- インフレーター・ポテンシャルは、幾何学への微小なインスタントン補正から生じ、支配的でなく、モジュリ安定化と両立するための深刻な調整を要しない。
- インフレーター方向における主要な非摂動的項が抑制されることにより、このモデルはアキソンに対する弱い重力予想の抜け道を実現する。強い形の予想との衝突を回避できる。
- 超ポテンシャルの構造により、インフレーターは超プランクスケールの崩壊定数を持つ1つの複素構造モジュリの虚部として保証され、他の項は抑制される。
- この構成は、弱い重力予想の穏やかな形と整合的であり、もしその予想がより制限の少ないバージョンに解釈されるならば、このようなモデルが弦理論において実現可能である可能性を示唆する。
- このモデルが最近のノー・ゴー定理と整合するためには、Rudelius (2015) と Brown et al. (2015) が特定した抜け道が有効である必要があり、これは特定のモジュリ安定化のパターンが具体的な例で実現可能であることに依存する。
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