[论文解读] Supernatural Inflation

Lisa Randall, Marin Soljačić+1 more|ArXiv.org|Jan 18, 1996

Cosmology and Gravitation Theories被引用 7

一句话总结

本文提出了一种在弱尺度超对称性破缺的超对称理论中的自然暴胀机制，其中暴胀源于规范不变方向场在可重整化MSSM类势能中的表现。通过利用现有质量标度的比值并采用混合暴胀动力学，该模型实现了自然的参数微调，预测了较低的哈勃标度（~10^3–10^4 GeV），标量谱指数接近或高于单位值，张量模式可忽略不计，并在短波长处表现出功率谱中的尖锐特征。

ABSTRACT

Most models of inflation have small parameters, either to guarantee sufficient inflation or the correct magnitude of the density perturbations. In this paper we show that, in supersymmetric theories with weak scale supersymmetry breaking, one can construct viable inflationary models in which the requisite parameters appear naturally in the form of the ratio of mass scales that are already present in the theory. Successful inflationary models can be constructed from the flat-direction fields of a renormalizable supersymmetric potential, and such models can be realized even in the context of a simple GUT extension of the MSSM. We evade naive ``naturalness" arguments by allowing for more than one field to be relevant to inflation, as in ``hybrid inflation" models, and we argue that this is the most natural possibility if inflaton fields are to be associated with flat direction fields of a supersymmetric theory. Such models predict a very low Hubble constant during inflation, of order $10^3$-$10^4$ GeV, a scalar density perturbation index $n$ which is very close to or greater than unity, and negligible tensor perturbations. In addition, these models lead to a large spike in the density perturbation spectrum at short wavelengths.

研究动机与目标

• 通过构建一个参数自然源自超对称理论中现有质量标度的场景，解决暴胀模型中的自然性问题。
• 证明即使在MSSM的简单GUT扩展框架下，也可通过平坦方向场在可重整化超对称势能中实现可行的暴胀。
• 通过在混合暴胀框架中利用多个场，规避传统自然性论点，使该模型成为SUSY理论中暴胀场的最自然选择。
• 预测可观测的宇宙学特征，如暴胀期间的低哈勃标度、接近或大于单位值的标量谱指数，以及短波长处的功率谱尖峰。

提出的方法

• 利用弱尺度超对称性破缺的超对称理论中的平坦方向场，构建暴胀势能。
• 采用涉及多个标量场的混合暴胀机制，其中一个场驱动暴胀，而另一个场触发其结束。
• 基于理论中已存在的质量标度比值来确定暴胀参数，避免精细调节。
• 构建与MSSM简单GUT扩展相容的可重整化超对称势能。
• 分析暴胀场沿平坦方向的动力学，确保获得足够的e-折叠数和正确的密度扰动振幅。
• 计算宇宙学可观测量，如暴胀期间的哈勃参数、标量谱指数、张力标量比以及功率谱特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不进行参数精细调节的前提下，在超对称理论中构建暴胀模型？
• RQ2 是否可能仅通过平坦方向场在可重整化超对称势能中实现可行的暴胀？
• RQ3 如何通过利用理论中已存在的质量标度比值来解决暴胀中的自然性问题？
• RQ4 此类模型的宇宙学预测（尤其是标量谱指数与张量扰动）是什么？
• RQ5 此类模型是否能在短波长处产生密度扰动谱中的显著特征？

主要发现

• 该模型预测暴胀期间的哈勃标度约为10^3至10^4 GeV，与弱尺度超对称性一致。
• 标量谱指数非常接近或大于单位值，表明功率谱呈现轻微红谱倾斜或甚至蓝谱倾斜。
• 张量扰动被预测为可忽略不计，与CMB观测约束一致。
• 该模型在短波长处生成了密度扰动谱中的显著尖峰，这是标准慢滚模型中所不具备的独特特征。
• 暴胀所需的参数自然地作为理论中已存在质量标度的比值出现，避免了精细调节。
• 该模型可在MSSM的简单GUT扩展框架内实现，表明其与大统一理论的一致性。