[论文解读] Starobinsky-like inflation in no-scale supergravity Wess-Zumino model with Polonyi term

Miguel Crispim Romão, Stephen F. King|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种无尺度超引力 Wess-Zumino 模型，在其超势能中加入一个 Polonyi 项，以在暴胀末期显式地打破超对称性。通过调节参数，该模型实现了类似于 Starobinsky 的暴胀，其引力费米子质量上限为 10^3 TeV，更倾向于 O(1) TeV 量级，使得超对称性在 LHC 或 FCC 上可能被探测到。

ABSTRACT

We propose a simple modification of the no-scale supergravity Wess-Zumino model of Starobinsky-like inflation to include a Polonyi term in the superpotential. The purpose of this term is to provide an explicit mechanism for supersymmetry breaking at the end of inflation. We show how successful inflation can be achieved for a gravitino mass satisfying the strict upper bound $m_{3/2}< 10^3$ TeV, with favoured values $m_{3/2}\\lesssim\\mathcal{O}(1)$ TeV. The model suggests that SUSY may be discovered in collider physics experiments such as the LHC or the FCC.

研究动机与目标

• 解决无尺度超引力 Starobinsky 暴胀模型中缺乏显式超对称性破缺的问题。
• 通过将模型嵌入具有无尺度 Kähler 电位的超引力中，解决暴胀动力学中的层次问题。
• 提供一种机制，以生成非零的引力费米子质量，同时保持成功的暴胀动力学。
• 约束参数空间，使模型与 Planck 2013 CMB 数据和 Lyth 约束保持一致。
• 表明未来对撞机实验（如 LHC 或 FCC）可能探测到超对称性。

提出的方法

• 该模型使用一个具有模场 T 和隐藏 sector 场 Z 的无尺度 Kähler 电位，以稳定标量势。
• 引入一个包含二次项、三次项以及一个与 b 成比例的线性 Polonyi 项的超势能，显式破坏超对称性。
• 从 Kähler 电位和超势能推导出标量势，其中 F-项势能决定暴胀动力学。
• 在 f=1 的极限下分析该模型，确保引力费米子质量与 Polonyi 项系数 b 成正比。
• 对参数空间 (x*, b) 进行扫描，以满足 N* ∈ [50,60] 且匹配观测到的标量振幅 As ≈ 2.2×10^{-9}。
• 计算引力费米子质量作为 b 的函数，并施加约束以确保与 Planck 数据在 ns 和 r 方面的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在无尺度超引力 Wess-Zumino 模型中一致地加入一个 Polonyi 项，而不破坏成功的 Starobinsky 类暴胀？
• RQ2 该改进模型中引力费米子质量 m_{3/2} 的上限是多少？其如何依赖于 Polonyi 项系数 b？
• RQ3 引入 Polonyi 项是否允许获得一个现实的、非零的引力费米子质量，同时保持 Starobinsky 模型的暴胀预测？
• RQ4 为了匹配 Planck 2013 CMB 数据，暴胀场 x* 和超势能系数 a 的可行范围是什么？
• RQ5 该模型能否预测出在 LHC 或 FCC 等未来对撞机实验可探测范围内的引力费米子质量？

主要发现

• 该模型实现了成功的暴胀，引力费米子质量上限为 10^3 TeV，更倾向于 O(1) TeV 量级。
• 当 b=0 时，引力费米子质量为零，对应原始的 ENO 无尺度模型；非零 b 生成与 b 成正比的非零 m_{3/2}。
• 暴胀开始时的暴胀场满足 5.24 ≤ x*/M_Pl ≤ 5.45，当 m_{3/2} ≤ O(10^3) GeV 时成立。
• 超势能中的系数 a 受限于 1.27×10^{-10} ≤ a/M_Pl^4 ≤ 1.81×10^{-10}，意味着 λ ≈ O(10^{-5})。
• Polonyi 质量 M 受限于 M ≤ O(10^{-5})M_Pl，与 O(1) TeV 范围内的轻引力费米子一致。
• 当 m_{3/2} ≤ O(10^3) GeV 时，该模型的 (ns, r) 预测落在 Planck 2013 数据的 68% 置信水平约束范围内。