[论文解读] How the Diphoton Excess May Save Minimal Hybrid Inflation in Supergravity

Konstantinos Dimopoulos, Charlotte Owen|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 7

一句话总结

该论文通过引入一个由750 GeV二光子衰变过剩所驱动的短暂热 inflation 阶段，挽救了超引力中的最小混合暴胀模型。标量场的真空期望值极大，使谱指数稳定在普朗克2σ边界内，并预测了可探测的张量标量比，从而在不复杂化 Kähler 电位的情况下恢复了该模型。

ABSTRACT

Minimal hybrid inflation in supergravity has been ruled out by the 2015 Planck observations because the spectral index of the produced curvature perturbation falls outside observational bounds. To resurrect the model, a number of modifications have been put forward but they spoil the accidental cancellation that resolves the eta-problem and require complicated Kahler constructions to counterbalance the lost cancellation. In contrast, in this paper the model is rendered viable by supplementing the scenario with a brief period of thermal inflation, which follows the reheating of primordial inflation. The 750 GeV diphoton excess found at the LHC hints at a likely candidate for the scalar field responsible for thermal inflation, which requires a large non-zero vacuum expectation value (VEV) and a flat potential. We investigate the VEV of such a flaton field and its subsequent effect on the inflationary observables. We find that, for large VEV, minimal hybrid inflation in supergravity produces a spectral index within the 2-sigma Planck bound and a tensor-to-scalar ratio which will be observable in the near future. The mechanism is applicable to other inflationary models.

研究动机与目标

• 解决最小混合暴胀在超引力中与普朗克2015年数据不兼容的问题，特别是谱指数超出观测边界的情况。
• 在不引入破坏解决eta-问题的偶然抵消的复杂Kähler校正的前提下，恢复最小模型的可行性。
• 探讨大型强子对撞机中750 GeV二光子过剩是否可作为驱动热膨胀的标量场的物理解释。
• 研究该平坦子场的真空期望值如何影响最小混合模型的暴胀可观测量。

提出的方法

• 在原始暴胀之后引入一个短暂的热膨胀阶段，由具有平坦势能和大真空期望值的标量场驱动。
• 将750 GeV二光子共振识别为热暴胀子场的候选者，利用其平坦势能和大VEV。
• 计算有效势能和曲率扰动谱，将热膨胀贡献纳入总功率谱。
• 利用平坦子的大VEV修改有效质量和暴胀子势能的曲率，使谱指数进入观测边界。
• 应用delta-N形式化方法计算原初曲率功率谱，考虑两阶段暴胀动力学。
• 推导张量标量比和谱指数的约束，与普朗克2015年2σ边界及未来观测灵敏度进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个由750 GeV标量场驱动的短暂热膨胀阶段，能否恢复超引力中最小混合暴胀的可行性？
• RQ2 热暴胀子场的大真空期望值如何影响曲率扰动的谱指数？
• RQ3 包含热膨胀是否能保持最小超引力模型中解决eta-问题的偶然抵消？
• RQ4 该情景下的张量标量比预测值是多少？是否在即将开展的实验可探测范围内？

主要发现

• 750 GeV平坦子场的大真空期望值使曲率扰动的谱指数进入普朗克2015年数据的2σ观测边界。
• 该模型预测的张量标量比将在不久的将来可被探测，使其可通过即将开展的CMB实验进行检验。
• 该机制保持了Kähler电位中的偶然抵消，避免了破坏模型自然性的复杂校正。
• 热膨胀阶段有效修改了原始暴胀阶段的等效势能，稳定了谱指数，而无需改变原始最小混合暴胀结构。
• 该模型保持了可行性与可预测性，二光子过剩为热暴胀子场提供了具体的粒子物理实现。