[论文解读] Cosmology with orthogonal nilpotent superfields

S. Ferrara, Рената Каллош+1 more|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|Dec 2, 2015

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 76被引用 8

一句话总结

本文提出了一种利用两个正交的幂零超场的超引力模型来实现单场暴胀：一个稳定器超场 𝒮 满足 𝒮²=0，以及一个暴胀子超场 Φ，二者结合成一个实超场 𝒷 满足 𝒷³=0 且 𝒮𝒷=0。这些约束消除了暴胀ino 和 sinflaton，仅保留一个实暴胀子、一个大质量引力ino 和引力子——从而构建出一个简化的、无暴胀ino 的宇宙学模型，具有 de Sitter 真空态。

ABSTRACT

We study the application of a supersymmetric model with two constrained supermultiplets to inflationary cosmology. The first superfield S is a stabilizer chiral superfield satisfying a nilpotency condition of degree 2, S^2=0. The second superfield Phi is the inflaton chiral superfield, which can be combined into a real superfield B=(Phi-Phi*)/2i. The real superfield B is orthogonal to S, S B=0, and satisfies a nilpotency condition of degree 3, B^3=0. We show that these constraints remove from the spectrum the complex scalar sgoldstino, the real scalar inflaton partner (i.e. the "sinflaton"), and the fermionic inflatino. The corresponding supergravity model with de Sitter vacua describes a graviton, a massive gravitino, and one real scalar inflaton, with both the goldstino and inflatino being absent in unitary gauge. We also discuss relaxed superfield constraints where S^2=0 and S Phi* is chiral, which removes the sgoldstino and inflatino, but leaves the sinflaton in the spectrum. The cosmological model building in both of these inflatino-less models offers some advantages over existing constructions.

研究动机与目标

• 构建一个避免产生问题的暴胀ino 和 sinflaton 状态的超引力暴胀模型。
• 利用具有幂零性和正交性的约束超场，以消除非物理自由度。
• 在 de Sitter 空间中实现仅包含实暴胀子、大质量引力ino 和引力子的最小谱。
• 探讨放宽约束后仍保留 sgoldstino 但消除暴胀ino 的影响。
• 证明此类模型在宇宙学应用中的可行性，特别是暴胀模型构建方面。

提出的方法

• 使用满足 𝒮²=0 的稳定器 chiral 超场 𝒮 来实现非线性实现的超对称性。
• 引入一个暴胀子 chiral 超场 Φ，将其与实超场 𝒷 = (Φ − Φ̄)/(2i) 结合，通过 𝒷³=0 和 𝒮𝒷=0 约束来实现正交性。
• 采用规范固定（unitary gauge）以简化约束，将 goldstino 和引力ino 分量设为零，从而消除暴胀ino 和 sinflaton。
• 利用约束超场构建一个非物理的超引力作用量，确保与 de Sitter 真空的一致性。
• 通过超共形导数和局部超对称中的分量场分解分析谱结构。
• 考虑放宽约束的情形，即要求 𝒮²=0 且 𝒮Φ̄ 为 chiral，保留 sgoldstino 但依然消除暴胀ino。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一个无暴胀ino 和 sinflaton 的单场暴胀的最小超引力模型？
• RQ2 超场上的幂零性和正交性约束如何消除非物理自由度？
• RQ3 在单位规范下，当同时施加 𝒮²=0 和 𝒮𝒷=0 时，物理谱是什么？
• RQ4 当约束放宽为仅要求 𝒮Φ̄ 为 chiral 时，谱结构和宇宙学可行性如何变化？
• RQ5 此类模型能否为暴胀宇宙学提供更经济且稳定的框架？

主要发现

• 通过施加 𝒮²=0、𝒷³=0 和 𝒮𝒷=0，该模型成功地从物理谱中消除了暴胀ino 和 sinflaton。
• 在单位规范下，仅存的物理自由度为实暴胀子、大质量引力ino 和引力子，无 sgoldstino 或额外标量。
• 引力ino 通过自发超对称性破缺动态获得质量，与 de Sitter 真空一致。
• 在单位规范下，作用量显著简化，所有约束归结为 Fˢ≠0 且 b=χϕ=Fϕ=0，仅保留暴胀子分量 φ。
• 在放宽约束下，若要求 𝒮Φ̄ 为 chiral，仍可消除暴胀ino 和 sgoldstino，但 sinflaton 仍存在于谱中，从而形成另一类模型。
• 该模型通过避免与暴胀ino 和 sinflaton 相关的宇宙学挑战，为暴胀模型构建提供了一种新颖且经济的框架。