[论文解读] INFLATION VERSUS THE COSMOLOGICAL MODULI PROBLEM

Gia Dvali|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 1995

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 11

一句话总结

本文表明，在通用超引力理论中，由于F项或D项能量密度主导并稳定平坦方向，导致暴胀期间模场质量通常大于或与哈勃参数相当。这意味着即使在大哈勃尺度下，标准暴胀场景也能自然地解决宇宙学模问题，而无需微调或奇特动力学。

ABSTRACT

We show that in generic supergravity theories the mass of the moduli during inflation is larger (or at least of the same order of magnitude) than the Hubble constant. This fact does not depends on the details of the inflation and on the value of the Hubble parameter during it. The reason is that inflationary universe is dominated by large F-term (or D-term) density which is higher than the SUSY breaking scale in the present minimum and stabilizes the flat directions of the supersymmetric vacua. Therefore, in general even standard inflationary scenarios (with large H) may solve the cosmological moduli problem.

研究动机与目标

• 为解决宇宙学模问题这一主要障碍，该问题在超对称宇宙学中尤为显著，因为长寿命的模场粒子可能破坏大爆炸核合成与结构形成。
• 研究标准暴胀场景是否能在不引入额外机制或微调的情况下解决模问题。
• 确定在通用超引力理论中，暴胀期间模场质量与哈勃参数之间的关系。
• 确立暴胀期间F项或D项能量密度自然稳定平坦方向，从而提高模场质量。
• 表明在暴胀期间，模场质量通常大于或与哈勃尺度相当，无论具体暴胀模型为何。

提出的方法

• 对具有平坦方向的超引力理论进行解析分析，重点关注暴胀期间的有效势。
• 识别暴胀期间主导的能量密度为F项或D项真空能量，其打破超对称性并提升模场质量。
• 利用超势和凯勒势计算暴胀真空中模场的有效质量。
• 将模场质量量级与哈勃参数进行比较，表明由于高能量密度，前者通常超过或匹配后者。
• 评估在暴胀期间大F项或D项贡献下平坦方向的稳定性。
• 证明该行为在超引力模型中具有普遍性，与具体暴胀机制或哈勃参数值无关。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准暴胀场景是否能在不附加假设的情况下解决宇宙学模问题？
• RQ2 在超引力理论中，暴胀期间哈勃参数与模场质量之间存在何种关系？
• RQ3 为何在通用模型中，暴胀期间模场质量往往大于哈勃尺度？
• RQ4 暴胀期间F项或D项能量的主导是否稳定平坦方向并抑制危险的模场衰变？
• RQ5 通过暴胀解决模问题是否在不同超引力框架下具有模型无关性？

主要发现

• 在通用超引力理论中，无论具体暴胀模型为何，暴胀期间模场质量通常大于或与哈勃参数相当。
• 暴胀期间的F项或D项能量密度负责提升模场质量，稳定平坦方向并抑制危险的晚期衰变。
• 这种稳定化是因为暴胀期间的能量密度超过现今的SUSY破缺尺度，从而为模场产生显著的质量间隙。
• 该结果意味着即使哈勃参数较大，标准暴胀场景也能自然地解决宇宙学模问题。
• 无需微调或特殊动力学；该解决方案源于超引力的通用结构以及暴胀期间的能量主导。
• 该结论与暴胀期间哈勃参数的具体取值无关，因此在广泛模型类中均具有鲁棒性。