[论文解读] Issues in Complex Structure Moduli Inflation

Hirotaka Hayashi, Ryo Matsuda+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 63被引用 14

一句话总结

本文研究了在Type IIB/F-theory紧化中，复结构模能否驱动慢滚暴胀，重点关注右手中微子暴胀场景。研究发现，基洛勒模稳定化带来的严格约束严重限制了复结构模的场运动范围，使得除非进行微调的flux配置或采用其他机制，否则大场暴胀在一般情况下不可行。

ABSTRACT

Supersymmetric compactification with moderately large radius (${ m Re}< T > \sim {\cal O}(10)$ or more) not only accommodates supersymmetric unification, but also provides candidates for an inflaton in the form of geometric moduli; the value of ${ m Re}< T > > 1$ may be used as a parameter that brings corrections to the inflaton potential under control. Motivated by a bottom-up idea "right-handed sneutrino inflation" scenario, we study whether complex structure moduli can play some role during the slow-roll inflation and/or reheating process in this moderately large radius regime. Even when we allow a tuning introduced by Kallosh and Linde, the barrier of volume stabilization potential from gaugino condensation racetrack superpotential can hardly be as high as $(10^{16} \; { m GeV})^4$ for generic choice of parameters in this regime. It is also found that even very small deformation of complex structure during inflation/reheating distorts the volume stabilization potential, so that the volume stabilization imposes tight constraints on large-field inflation scenario involving evolution of complex structure moduli. A few ideas of satisfying those constraints in string theory are also discussed.

研究动机与目标

• 评估复结构模是否可在F-theory紧化中作为暴胀子，特别是在右手中微子暴胀场景的背景下。
• 研究暴胀期间基洛勒模稳定化与复结构模动力学之间的相互作用。
• 确定在通过racetrack超势能实现体积稳定化的约束下，能否实现慢滚暴胀所需的场运动范围。
• 探索可行的机制，使复结构模在满足现象学和弦理论一致性条件的前提下驱动暴胀。
• 检查当基洛勒模与复结构模发生混合时，暴胀后的重加热过程和宇宙热历史是否仍能保持。

提出的方法

• 结合参考文献[10]和[11]的结果，分析暴胀期间基洛勒模与复结构模之间的相互依赖关系。
• 对 gaugino condensation 超势能中的前因子进行更精确的估计，以更好地约束基洛勒模的动力学。
• 采用现象学方法推导复结构模演化所受的约束，而无需指定特定的 Calabi–Yau 3-fold。
• 将现象学约束转化为Type IIB flux compactification超势能的语言，特别关注Kallosh–Linde的体积稳定化调谐。
• 分析超势能结构 $W_{GVW}$ 及其根，以评估多重极小值是否可能实现拓扑暴胀。
• 考虑基洛勒模与复结构模之间场混合对重加热和热历史的影响，特别是在基洛勒模驱动暴胀但重加热通过右手中微子进行的场景中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基洛勒模稳定化带来的约束下，F-theory紧化中的复结构模是否能自然支持慢滚暴胀？
• RQ2 通过两个gaugino condensates产生的racetrack超势能实现基洛勒模稳定化，如何约束暴胀期间复结构模的场运动范围？
• RQ3 在右手中微子被识别为复结构模的弦紧化中，右手中微子暴胀场景在多大程度上可以实现？
• RQ4 是否存在可行的flux配置，使复结构模在保持体积稳定化的前提下实现足够大的场运动范围以实现大场暴胀？
• RQ5 在复结构模并非主要暴胀子但通过与基洛勒模混合仍参与的模型中，重加热过程和暴胀后热历史是否仍能保持？

主要发现

• 暴胀期间基洛勒模的稳定化对复结构模的演化施加了严格约束，将其场运动范围限制在极小值。
• 暴胀后真空处的质量本征态通常是基洛勒模与复结构模场的混合态，使得暴胀子的识别变得复杂。
• 从racetrack稳定化推导出的现象学约束表明，复结构模演化所能实现的e-foldings数量极小，因此大场暴胀在一般情况下不可行。
• gaugino condensation超势能中的前因子必须被精确估计，以准确约束体积稳定化势能，本文对这一估计进行了改进。
• 仅在高度微调的flux选择下，通过超势能中多重极小值实现拓扑暴胀才有可能，且即使如此，也可能无法在域壁之间满足体积稳定化条件。
• 尽管即使基洛勒模驱动暴胀，重加热过程仍可通过右手中微子主导进行，但由于依赖模混合和谱细节，右手中微子场景的完整现象学预测将丢失。