[论文解读] Identifying the curvaton within MSSM

Rouzbeh Allahverdi, Kari Enqvist+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 60被引用 28

一句话总结

该论文通过引入热修正和软SUSY破缺A项，将MSSM的u₁dd平坦方向识别为可行的曲因子候选者，这些效应稳定了凝聚态并实现了早期振荡。u₁dd曲因子成功主导了能量密度，将等曲率扰动转化为CMB绝热涨落，并可能通过Q球衰变产生暗物质，因此在MSSM框架内提供了一个宇宙学上自洽的解决方案。

ABSTRACT

We consider inflaton couplings to MSSM flat directions and the thermalization of the inflaton decay products, taking into account gauge symmetry breaking due to flat direction condensates. We then search for a suitable curvaton candidate among the flat directions, requiring an early thermally induced start for the flat direction oscillations to facilitate the necessary curvaton energy density dominance. We demonstrate that the supersymmetry breaking $A$-term is crucial for achieving a successful curvaton scenario. Among the many possible candidates, we identify the ${\bf u_1dd}$ flat direction as a viable MSSM curvaton.

研究动机与目标

• 识别一个可行的MSSM平坦方向曲因子候选者，能够主导能量密度并产生CMB密度涨落。
• 分析热修正和规范对称性破缺对曲因子稳定性及热化速率的影响。
• 评估软SUSY破缺A项在延迟平坦方向振荡和实现能量密度主导中的作用。
• 评估曲因子是否能存活热蒸发，直至衰变仍保持相干性。
• 确定曲因子情景是否能同时通过Q球形成与蒸发解释CMB涨落和暗物质。

提出的方法

• 将热修正纳入平坦方向势能，包括规范玻色子和热等离子体中费米子引起的对数质量移动。
• 使用包含非规一化超势项（n=6）的有效势，以模拟SUSY破缺下平坦方向的行为。
• 应用A项以生成一个虚假真空势垒，使平坦方向真空期望值在暴胀期间及之后被束缚。
• 通过规范玻色子介导的2→2和2→3散射过程评估平坦方向的蒸发速率，发现其远小于哈勃膨胀速率。
• 分析平坦方向真空期望值在辐射主导时期∝H^{3/4}，在物质主导或振荡时期∝H的标度行为。
• 考虑在后期振荡阶段形成Q球，并分析其衰变为LSP作为暗物质来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM平坦方向是否能存活足够长的热蒸发时间，以主导能量密度并产生CMB涨落？
• RQ2 热修正和规范对称性破缺如何影响 inflaton 衰变产物的热化速率及平坦方向的稳定性？
• RQ3 软SUSY破缺A项在延迟平坦方向振荡和实现能量密度主导中起什么作用？
• RQ4 u₁dd平坦方向是否是可行的曲因子候选者，能够同时产生CMB涨落和暗物质？
• RQ5 平坦方向凝聚态的初始振幅如何影响MSSM中曲因子机制的成功？

主要发现

• u₁dd平坦方向因其初始真空期望值约3×10¹⁴ GeV，被识别为最有可能的MSSM曲因子候选者。
• A项诱导出虚假真空，稳定了平坦方向真空期望值，延迟了振荡，并实现了能量密度主导。
• 热蒸发速率远小于哈勃膨胀速率（Γ ∝ λ₁⁴⟨φ⟩ ≪ H），确保曲因子在衰变前保持稳定。
• 曲因子的等曲率扰动在衰变后转化为绝热CMB涨落，与观测结果一致。
• 后期振荡阶段形成的Q球衰变为LSP，提供了可行的冷暗物质候选。
• 功率谱的谱指数接近1，与WMAP三年数据（ns = 0.951⁺⁰·⁰¹⁵₋₀·⁰¹⁹）一致，但对暴胀sector细节敏感。