[论文解读] Inflation and Monopoles in Supersymmetric SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R

Rachel Jeannerot, Shaaban Khalil+2 more|CERN Bulletin|Feb 14, 2000

Spectral Theory in Mathematical Physics参考文献 1被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种实现混合暴胀的非可重整化超势项的超对称 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ 模型，通过稳定暴胀轨迹并防止灾难性单极子产生，成功再现了 COBE 宇宙微波背景各向异性数据，自然耦合常数约为 10⁻³，大统一尺度接近 10¹⁶ GeV，并通过 Peccei-Quinn 对称性解决了 μ-问题，同时实现了重子生成的轻子生成机制和质子稳定性。

ABSTRACT

We show how hybrid inflation can be successfully realized in a supersymmetric model with gauge group G_{PS}= SU(4)_c x SU(2)_L x SU(2)_R. By including a non-renormalizable superpotential term, we generate an inflationary valley along which G_{PS} is broken to the standard model gauge group. Thus, catastrophic production of the doubly charged magnetic monopoles, which are predicted by the model, cannot occur at the end of inflation. The results of the cosmic background explorer can be reproduced with natural values (of order 10^{-3}) of the relevant coupling constant, and symmetry breaking scale of G_{PS} close to 10^{16} GeV. The spectral index of density perturbations lies between unity and 0.9. Moreover, the mu-term is generated via a Peccei-Quinn symmetry and proton is practically stable. Baryogenesis in the universe takes place via leptogenesis. The low deuterium abundance constraint on the baryon asymmetry, the gravitino limit on the reheat temperature and the requirement of almost maximal mu neutrino - tau neutrino mixing from SuperKamiokande can be simultaneously met with mu-neutrino, tau-neutrino and heaviest Dirac neutrino masses determined from the large angle MSW resolution of the solar neutrino problem, the SuperKamiokande results and SU(4)_c symmetry respectively.

研究动机与目标

• 解决具有 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ 规范对称性的超对称左右对称统一模型中的宇宙单极子问题。
• 在该模型中实现成功的混合暴胀，且在暴胀结束时不触发拓扑单极子产生。
• 实现自然的耦合常数值和大统一尺度（约 10¹⁶ GeV），与 COBE 宇宙微波背景观测结果一致。
• 通过 Peccei-Quinn 对称性解决 μ-问题，并在显式破坏 B 和 L 的情况下确保质子稳定性。
• 同时满足重子不对称性（氘丰度）、引力介子过量产生以及 SuperKamiokande 中中微子混合数据的约束。

提出的方法

• 引入一个非可重整化超势项，以稳定沿 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ 破解至标准模型规范群的方向上的经典平坦方向。
• 利用一环辐射修正提供必要的暴胀势斜率，与先前模型中的经典倾斜不同。
• 确保 Gₚₛ 在暴胀期间自发破缺，因此最终相变不会通过 Kibble 机制产生单极子。
• 采用 Peccei-Quinn 对称性动态生成 μ-项并解决强 CP 问题。
• 利用 seesaw 机制生成轻子质量，并通过轻子生成机制实现重子不对称性的生成。
• 通过 D-项、F-项和超势耦合构建完整的标量和费米子质量谱，确保超对称仅在特定领域中被破坏。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超对称 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ 模型中，能否在不触发灾难性单极子产生的前提下一致地实现混合暴胀？
• RQ2 该模型能否以约 10⁻³ 的自然耦合常数和接近 10¹⁶ GeV 的大统一尺度成功再现 COBE 宇宙微波背景四极各向异性数据？
• RQ3 在此模型中，如何在保持质子稳定性和实现轻子生成的同时解决 μ-问题？
• RQ4 该模型能否同时满足低氘丰度、引力介子过量产生以及 SuperKamiokande 中 νμ−ντ 混合数据的约束？
• RQ5 非可重整化项在稳定暴胀轨迹以及确保暴胀前或暴胀期间规范对称性破缺方面起什么作用？

主要发现

• 该模型以约 10⁻³ 的耦合常数和接近 10¹⁶ GeV 的大统一尺度成功再现了 COBE 宇宙微波背景各向异性数据。
• 密度扰动的谱指数介于 1 和 0.9 之间，与观测结果一致。
• 单极子产生被避免，因为 SU(4)₇ × SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ 在暴胀期间已发生破缺，无法形成 Kibble 机制。
• μ-项通过 Peccei-Quinn 对称性生成，同时解决了 μ-问题和强 CP 问题。
• 质子衰变被强烈抑制，质子寿命超过当前实验限制，这是由于规范对称性和质量层次结构所致。
• 中微子质量通过 seesaw 机制产生，该模型可容纳太阳中微子问题的大角度 MSW 解以及 SuperKamiokande 的 νμ−ντ 混合数据。