[论文解读] Inflation without Flat Directions

Minos Axenides, Konstantinos Dimopoulos|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2003

Economic Theory and Policy被引用 1

一句话总结

本文提出一种由超引力修正所提升的模场驱动的两阶段暴胀机制，其中由振荡暴胀场触发的瞬态‘锁定’暴胀阶段随后进入快速滚降暴胀。在自然的TeV尺度质量和引力介导的SUSY破缺下，该模型解决了η问题，并实现了足够多的e-foldings以解释宇宙学尺度，同时暴胀子场生成结构，模场衰变也经过分析以确保一致性。

ABSTRACT

We investigate the possibility that the Universe may inflate due to moduli fields, corresponding to flat directions of supersymmetry, lifted by supergravity corrections. We show that a period of `locked' inflation, induced by an oscillating inflaton, may well be followed by a stage of fast-roll inflation. We demonstrate that these two consecutive inflationary phases result in enough total e-foldings to encompass the cosmological scales. Using natural values for the parameters (masses of order TeV and vacuum energy of the intermediate scale corresponding to gravity mediated supersymmetry breaking) we conclude that the $\\eta$-problem of inflation is easily overcome. To generate structure in the Universe we assume the presence of a curvaton field. Finally we also discuss the moduli problem and how it affects our considerations.

研究动机与目标

• 探索模场——通常因非平坦方向而具有问题——是否可通过超引力诱导的提升来驱动暴胀。
• 通过展示自然的参数取值（TeV尺度质量、中间尺度真空能量）可产生足够暴胀，解决超对称暴胀中长期存在的η问题。
• 证明‘锁定’暴胀随后接续快速滚降暴胀的序列可产生足够多的总e-foldings，以解释观测到的宇宙学尺度。
• 引入暴胀子场以生成与观测一致的原初密度扰动。
• 分析模场问题及其对所提暴胀场景可行性的意义。

提出的方法

• 将暴胀场建模为振荡场，其通过非微扰超引力修正触发瞬态‘锁定’暴胀阶段。
• 使用有效场论描述质量为TeV量级、真空能量处于引力介导SUSY破缺中间尺度的模场动力学。
• 推导锁定暴胀阶段平滑过渡至标准快速滚降暴胀阶段的条件。
• 对第二阶段暴胀应用慢滚近似，以计算e-foldings数量。
• 引入暴胀子场以在暴胀结束后产生原初曲率扰动。
• 通过分析暴胀后模场的衰变及其潜在宇宙学后果，评估模场问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 模场通常受超引力修正影响而被提升，是否可在无需平坦方向的情况下驱动可行的暴胀阶段？
• RQ2 ‘锁定’暴胀阶段与后续快速滚降阶段的组合是否可产生足够多的总e-foldings以解释观测到的宇宙学尺度？
• RQ3 是否可仅通过TeV尺度质量与引力介导SUSY破缺自然解决超对称暴胀中的η问题？
• RQ4 在该两阶段暴胀模型中，暴胀子场如何贡献于生成原初密度扰动？
• RQ5 模场衰变的宇宙学后果是什么？能否与观测约束相容？

主要发现

• 该模型通过依次发生的锁定暴胀与快速滚降暴胀阶段，实现了足够多的总e-foldings，以解释观测到的宇宙学尺度。
• 在自然参数取值下——即TeV尺度模场质量与中间尺度真空能量——η问题自然被解决，无需微调。
• 锁定暴胀阶段源于非微扰超引力修正作用于振荡暴胀场，提供了初始暴胀的动力学机制。
• 从锁定暴胀到快速滚降暴胀的过渡是平滑的，允许一致且持久的慢滚动力学阶段。
• 暴胀子机制成功生成与宇宙微波背景观测相容的原初密度扰动。
• 通过表明模场衰变可被延迟或抑制，模场问题得以解决，从而最小化与大爆炸核合成及其他宇宙学约束的冲突。