[论文解读] Limits on SUSY GUTs and Defects Formation in Hybrid Inflationary Models with Three-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations

Aurélien A. Fraisse|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本研究利用三年期WMAP宇宙微波背景（CMB）数据，检验包含宇宙弦与扭结的混合暴胀模型，发现这些模型之间无统计显著差异。研究对宇宙弦张力设定了严格上限：在68%置信水平下，Gμ ≤ 2.1 × 10⁻⁷，从而约束了超对称大统一理论（SUSY GUTs）中D-和F-项耦合常数及质量标度，以及缺陷形成情景。

ABSTRACT

We confront the predicted effects of hybrid inflationary models on the Cosmic Microwave Background (CMB) with three years of Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations. Using model selection, we compare the ability of a simple flat power-law LCDM model to describe the data to hybrid inflationary models involving global or local cosmic strings, or global textures. We find that it is statistically impossible to distinguish between these models: they all give a similar description of the data, the maximum ratio of the various evidences involved being never higher than e^{0.1 \\pm 0.5}. We then derive the maximum contribution that topological defects can make to the CMB, and place an upper bound on the possible value of cosmic strings tension of G\\mu \\leq 2.1 \ imes 10^{-7} (68% CL). Finally, we give the corresponding constraints on the strings and D-strings masses, as well as limits on the D- and F-term coupling constants (\\kappa and \\lambda) and mass scales (M and \\sqrt{\\xi}).

研究动机与目标

• 评估包含全局或局部宇宙弦以及全局扭结的拓扑缺陷型混合暴胀模型与三年期WMAP CMB观测的相容性。
• 确定这些基于缺陷的模型是否能与标准平坦幂律LCDM模型在统计上区分开来。
• 推导拓扑缺陷对CMB各向异性功率谱贡献的最大允许值。
• 对宇宙弦张力、D-弦与F-项耦合常数，以及SUSY GUTs中的相关质量标度设定上限。
• 利用观测到的CMB数据约束混合暴胀情景中缺陷形成的参数空间。

提出的方法

• 采用贝叶斯模型选择方法，比较平坦幂律LCDM模型与包含全局或局部宇宙弦及全局扭结模型的证据值。
• 利用三年期WMAP CMB温度各向异性数据计算各模型的似然值，重点关注大尺度功率谱。
• 通过证据值之比评估模型的统计可区分性，最大比值为e^{0.1 ± 0.5}，表明所有模型的拟合质量相近。
• 通过分析缺陷对CMB功率谱贡献的最大允许值，推导出宇宙弦张力Gμ的上限。
• 将Gμ的上限转化为对D-弦与F-项耦合常数（κ与λ），以及SUSY GUTs中质量标度M与√ξ的约束。
• 利用混合暴胀中缺陷形成的理论预测，将宇宙学可观测量与高能物理参数联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用三年期WMAP数据，统计区分包含宇宙弦或扭结的混合暴胀模型与标准LCDM模型？
• RQ2 拓扑缺陷对CMB各向异性功率谱的最大贡献是多少？
• RQ3 基于WMAP观测，宇宙弦张力Gμ的上限是多少？
• RQ4 观测到的CMB约束如何转化为对SUSY GUTs中D-和F-项耦合常数及质量标度的限制？
• RQ5 这些约束对混合暴胀情景中缺陷形成的含义是什么？

主要发现

• 三年期WMAP数据表明，平坦幂律LCDM模型与包含全局或局部宇宙弦或全局扭结的混合暴胀模型之间无统计显著差异。
• 任意两个模型之间证据值的最大比值为e^{0.1 ± 0.5}，表明所有模型对数据的拟合程度相当。
• 推导出宇宙弦张力的上限：在68%置信水平下，Gμ ≤ 2.1 × 10⁻⁷。
• 对D-弦与F-项耦合常数（κ与λ），以及质量标度M与√ξ施加了约束，其结果源自Gμ的上限。
• 结果对SUSY GUTs的参数空间以及混合暴胀模型中缺陷形成的参数空间施加了强烈限制。
• 研究结果表明，拓扑缺陷无法解释CMB功率谱的显著部分，支持其他暴胀机制。