[论文解读] Moduli backreaction and supersymmetry breaking in string-inspired inflation models

Emilian Dudaş, Clemens Wieck|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 47被引用 6

一句话总结

本文研究了在超对称性破缺背景下，重稳定子场和模场对超引力暴胀模型的反作用效应。研究发现，即使重场质量远大于暴胀场质量，这些效应仍无法解耦，严重限制了平台型暴胀模型的可行性，并限制了可行的模场稳定机制，尤其在高尺度超对称性破缺的弦论启发模型中更为明显。

ABSTRACT

We emphasize the importance of effects from heavy fields on supergravity models of inflation. We study, in particular, the backreaction of stabilizer fields and geometric moduli in the presence of supersymmetry breaking. Many effects do not decouple even if those fields are much heavier than the inflaton field. We apply our results to successful models of Starobinsky-like inflation and natural inflation. In most scenarios producing a plateau potential it proves difficult to retain the flatness of the potential after backreactions are taken into account. Some of them are incompatible with non-perturbative moduli stabilization. In natural inflation there exist a number of models which are not constrained by backreactions at all. In those cases the correction terms from heavy fields have the same inflaton-dependence as the uncorrected potential, so that inflation may be possible even for very large gravitino masses.

研究动机与目标

• 理解在超对称性破缺的超引力模型中，重稳定子场和模场如何影响暴胀势能的平坦性。
• 评估非微扰模场稳定是否与弦论启发模型中的成功暴胀相容。
• 在超对称性破缺尺度与哈勃尺度相当的条件下，评估自然暴胀和平台型模型在重场反作用下的可行性。
• 确定在引力费米子质量效应存在的情况下，积分掉重场后暴胀势能保持平坦的条件。
• 考察在无尺度与非无尺度超引力模型中，高尺度超对称性破缺与一致模场稳定之间的张力。

提出的方法

• 分析在 $σ$-模型和无尺度超引力框架下，重稳定子场与几何模场对暴胀势能的反作用效应。
• 应用有效场论技术，计算积分掉重场后的修正项，重点关注与 $H/m_{Τ}$ 和 $m_{3/2}/H$ 成比例的项。
• 使用显式超引力模型（包括Cecotti模型、无尺度模型和Goncharov-Linde模型）研究势能修正。
• 评估修正项的函数形式，以判断其是否保持或破坏暴胀势能的平坦性。
• 比较有与无稳定子场的模型，评估修正项是否与原始势能的暴胀子依赖关系一致。
• 考虑非微扰超势和异常U(1)对称性对模场稳定与反作用的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超对称性破缺真空中，重稳定子场与模场在多大程度上对暴胀势能产生非解耦修正？
• RQ2 当引力费米子质量与哈勃尺度相当，特别是在非微扰模场稳定条件下，平台型暴胀模型是否仍具可行性？
• RQ3 为何某些自然暴胀模型即使在引力费米子质量较大时仍对反作用效应不敏感？
• RQ4 反作用效应对高尺度超对称性破缺与模场稳定在弦论启发模型中相容性的约束是什么？
• RQ5 不同模场稳定机制（强稳定、非微扰稳定或Kähler上抬）如何影响暴胀模型中暴胀势能的平坦性？

主要发现

• 在超对称性破缺背景下，即使重稳定子场与模场质量远大于暴胀子质量，其反作用效应仍无法解耦。
• 在平台型暴胀模型（如Starobinsky型）中，势能平坦性极易被反作用效应破坏，导致约束 $m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$，在敏感区域甚至可能 $m_{3/2} \lesssim 10^{10}\,\text{GeV}$。
• Goncharov-Linde模型若不采用强模场稳定，则与非微扰模场稳定不相容。
• 具有非微扰超势的无尺度超引力模型与破坏无尺度对称性的模场稳定不相容。
• 在含稳定子场的自然暴胀中，反作用项通常与原始余弦势能具有相同的暴胀子依赖性，因此即使引力费米子质量较大，仍可实现暴胀。
• 然而，轴子单态暴胀模型与平台型模型面临类似约束，由于修正项不匹配，需满足 $m_{3/2} \lesssim 10^{13}\,\text{GeV}$。