[论文解读] Relaxed Inflation

Walter Tangarife, Kohsaku Tobioka+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文提出了一种宽松的暴胀模型，其中暴胀场作为动态调节希格斯粒子质量至弱能标的‘弛豫子’。暴胀由浅势能坡度驱动，随后通过非微扰规范玻色子产生和施温格成对机制实现再热化，希格斯粒子质量的弛豫发生在再热之后，使得有效场论截断尺度接近普朗克尺度，同时避开了现象学约束。

ABSTRACT

We present an effective model where the inflaton is a relaxion that scans the Higgs mass and sets it at the weak scale. The dynamics consist of a long epoch in which inflation is due to the shallow slope of the potential, followed by a few number of e-folds where slow-roll is maintained thanks to dissipation via non-perturbative gauge-boson production. The same gauge bosons give rise to a strong electric field that triggers the production of electron-positron pairs via the Schwinger mechanism. The subsequent thermalization of these particles provides a novel mechanism of reheating. The relaxation of the Higgs mass occurs after reheating, when the inflaton/relaxion stops on a local minimum of the potential. We argue that this scenario may evade phenomenological and astrophysical bounds while allowing for the cutoff of the effective model to be close to the Planck scale. This framework provides an intriguing connection between inflation and the hierarchy problem.

研究动机与目标

• 通过在暴胀期间利用弛豫子机制动态生成弱能标，解决层次问题。
• 在不进行微调的情况下，将暴胀与电弱能标统一起来。
• 提出一种由强电场和施温格成对产生驱动的再热机制。
• 确保有效场论截断尺度接近普朗克尺度，同时满足观测和现象学约束。

提出的方法

• 将暴胀场识别为弛豫子，在暴胀期间通过具有浅坡度的势能扫描希格斯粒子质量。
• 暴胀通过该浅势能上的慢滚实现，其持续依赖于非微扰规范玻色子产生的耗散效应。
• 规范玻色子的产生生成强电场，从而通过施温格机制触发电子-正电子对的产生。
• 产生对子的热化过程提供了新颖的再热机制，使宇宙过渡至高温等离子体状态。
• 再热之后，弛豫子进入局部最小值，动态地将希格斯粒子质量固定在弱能标。
• 该模型被构建为即使在接近普朗克尺度的高截断尺度下，仍与天体物理和现象学约束保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 弛豫子机制能否在不违反观测约束的前提下嵌入暴胀框架？
• RQ2 在弛豫子驱动的暴胀模型中，如何实现高效的再热？
• RQ3 施温格机制在暴胀后等离子体热化过程中扮演何种角色？
• RQ4 当有效场论截断尺度接近普朗克尺度时，是否仍能保持模型的可行性？
• RQ5 再热后希格斯粒子质量的弛豫是否仍与低能现象学一致？

主要发现

• 该模型通过浅势能坡度实现暴胀，暴胀场的动力学由非微扰规范玻色子产生的耗散驱动。
• 再热通过电子-正电子对的施温格成对产生实现，随后等离子体发生热化。
• 希格斯粒子质量在再热后动态弛豫至弱能标，此时弛豫子已进入局部最小值。
• 有效场论截断尺度可接近普朗克尺度，而不会违反当前的现象学或天体物理约束。
• 该框架通过弛豫子在暴胀和电弱能标生成中的双重角色，统一了暴胀与层次问题的机制。