[论文解读] New developments on embedding inflation in gauge theory and particle physics

Anupam Mazumdar|ArXiv.org|Jul 23, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 84被引用 8

一句话总结

该论文提出，最小超对称标准模型（MSSM）中的暴胀可自然地从标量势中的平坦方向产生，其中暴胀场是MSSM希格斯场的规范不变组合。该模型通过哈勃效应诱导的修正稳定了虚假真空，从而实现成功的暴胀，实现平滑退出，同时产生宇宙微波背景辐射扰动、热化的SM等离子体、重子生成和冷暗物质——在MSSM规范场中提供了一个统一且可检验的框架。

ABSTRACT

In this brief review we will discuss how a well motivated particle theory beyond the eletroweak Standard Model provides ingredients and conditions for a successful inflation. We will mainly focus on a low energy supersymmetric Standard Model which provides plenty of scalars. In particular, these scalars span a multidimensional moduli space of {\it gauge invariant} operators which carry the Standard Model charges. The inflationary predictions which matches the current observations are robust due to the fact that inflation occurs within our own gauge sector where the couplings are well known. We further argue that based on our current understandings if there exists a {\it string landscape} of multiple vacua, then it is very natural that the last phase of inflation would be driven by one of the many supersymmetric Standard Model modulii. Only such a graceful exit from inflation would provide hot thermal Standard Model baryons, cold dark matter, conditions for baryogenesis and foremost the seed density perturbations for the cosmic microwave background radiation in just {\it one package}. Furthermore we will also discuss how some of the ingredients of inflation can be tested already by the LHC.

研究动机与目标

• 通过将暴胀嵌入物理动机充分的MSSM规范场中，解决暴胀场起源的根本问题，避免引入人为的单态规范场。
• 统一暴胀后的再热过程，确保标准模型热化、重子生成与冷暗物质产生的单一机制。
• 提供一个可检验的框架，使暴胀及其后续过程与已知粒子物理紧密关联，从而实现对LHC中暴胀动力学的探测。
• 通过展示MSSM模场可通过哈勃效应诱导修正自然驱动暴胀，克服了弦景观模型的局限性。
• 证明当暴胀场为具有已知耦合的规范不变MSSM标量场时，成功暴胀与平滑退出具有鲁棒性。

提出的方法

• 将MSSM希格斯场的平坦方向作为暴胀场的候选者，其为标准模型标量的规范不变组合。
• 应用哈勃效应诱导的修正至标量势，修改有效势，使暴胀场在暴胀期间追踪一个时间依赖的虚假极小值。
• 推导出有效质量与势能曲率（V''(φ_min)）大于哈勃速率的条件，以确保慢滚暴胀。
• 表明当虚假真空能量密度下降时，暴胀场绝热演化至真实极小值，触发平滑退出。
• 证明再热通过MSSM平坦方向的相干振荡发生，产生SM量子，并满足大爆炸核合成约束。
• 利用条件 H_false > H_MSSM ~ 1 GeV 确保场达到所需暴胀区间，从而放松了先前要求 H_false > 10^9 GeV 的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能自然地将暴胀嵌入MSSM规范场中，而无需引入人为的规范单态场？
• RQ2 暴胀场的耦合与相互作用如何受已知粒子物理对称性与可重整化的约束？
• RQ3 何种机制可确保暴胀的平滑退出，同时产生热化SM等离子体、重子与冷暗物质？
• RQ4 哈勃效应诱导的修正如何稳定暴胀场势能，并在动态真空中实现慢滚条件？
• RQ5 所提出的暴胀机制是否可通过MSSM平坦方向动力学的LHC信号实现实验探测？

主要发现

• 通过MSSM规范场中希格斯场的平坦方向，可在MSSM规范场中成功实现暴胀，这些平坦方向为规范不变且携带标准模型量子数。
• 哈勃效应诱导的修正改变了有效势，导致暴胀场在暴胀期间追踪一个时间依赖的虚假极小值。
• 条件 H_false > H_MSSM ~ 1 GeV 确保暴胀场达到成功暴胀所需的场范围，显著放松了先前的约束。
• 在虚假极小值处势能的曲率 V''(φ_min) ~ 2(n-2)√|c| H_false m_φ 在暴胀期间保持大于哈勃速率，确保慢滚动力学。
• 当 H_false 降至 ~H_MSSM / (2(n-2)m_φ) 以下时，暴胀场开始向真实极小值滚动，触发再热并产生SM粒子。
• 再热过程自然产生SM自由度的热浴，满足大爆炸核合成约束，并在一个统一框架中实现重子生成与冷暗物质产生。