To solve moduli problem, thermal inflation was introduced. But it also reduces baryon asymmetry. In a paper [7], they proposed a simple extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model which gives rise to thermal inflation and baryogenesis in a natural and remarkably consistent way. In this dissertation, I consider the $\lambda_\phis$ = 0 special case of the previous model, which is the minimal way to incorporate a Peccei-Quinn symmetry. I show that this even simpler extension of the MSSM generates an even richer and more complex, but even more remarkably consistent, cosmology.
현재 관측된 우주의 중입자수/광자의 값은 약 $10^{-10}$이다. 입자와 반입자 사이의 비율을 나타내는 이 값은 왜 그렇게 생겼는지에 대한 많은 이론을 만들어내었다. 그 중 많은 사람들이 믿고 있는 모형이 GUT모형, Affleck-Dine형 모형, 약전기 모형이 있다. 그중 동력학적 중입자 생성 모형인 Affleck-Dine형 모형은 이 논문의 기본이 된다.
초기우주의 또하나의 특징은 우리가 원하지 않는 입자를 많이 만들어 내거나 또는 그 입자가 오랫동안 살아남아서 현재의 관측결과와 상충되는 모습을 보여준다. 이러한 우리가 원하지 않는 입자를 없애는 방법에서 가속팽창(inflation)이론이 대두되었다. 원시 가속팽창은 기존의 입자들을 모두 희석시키며 우주를 초기화 하였다. 이후에 우리가 원하는 입자만 만들어졌다면 표준우주모형에 잘 부합될 것이다. 하지만 원하는 입자 외에 원하지 않는 moduli나 중력미자등의 입자 역시 생성됨을 입자물리학에서 보여주고 있다. 이러한 입자를 제거하는 방법으로 우리 연구단에서는 열적 가속팽창(thermal inflation)을 제시하였다. 열적 가속팽창은 우리가 원하지 않는 입자를 매우 잘 희석시켜주어 현재 우주의 모습을 잘 기술할 수 있는 기반을 마련하였다. 하지만 이때 희석되는 입자중에는 중입자도 포함되는데 열적 가속팽창이 충분이 낮은 에너지 영역에서 동작하기 때문에 높은 에너지 영역에서 작동하는 기존의 중입자 생성 모형으로는 열적 가속팽창 이후 중입자를 만들어 낼 수 없었다. 이에 우리는 열적 가속 팽창 후에도 관측결과와 부합할 수 있는 새로운 중입자 생성모형을 필요로 하게 되었다.
선행된 연구에서 제시한 중입자 생성모형은 열적 가속팽창이 끝난 후에 낮은 에너지 영역에서도 중입자가 생성될 수 있는 일련의 과정을 보여주었다. 이 모형에서는 또한 강한 CP문제를 풀 수 있는 열쇠를 가지고 있음을 찾을 수 있었다. 선행된 논문에서 보여준 평탄입자(flaton)의 진동기대치는 기존의 다른 논문에서 보여준 엑시온(axion)의 값과 비슷한 값을 갖는다. 여기서 엑시온은 강한 CP문제를 풀기 위해 도입된 입자이다.
위의 근거를 가지고 우리는 선행 모형에 엑시온을 첨가할 수 있는 가능성을 보여주어 보다 확장된 강력한 모형을 이 논문에서 제시하였다.
이 논문에서는 평탄입자에 엑시온을 포함시킨 상황에서 역시 열적 가속팽창 - 중입자 생성의 모습을 잘 기술한다는 것을 보여준다. 이러한 일련의 과정은 해석학적으로 기술하는데는 한계가 있어 슈퍼컴퓨터를 사용한 수치해석적 분석으로 우리는 평탄입자, Affleck-Dine형 입자들의 운동모습을 확인할 수 있었고, 궁극적으로 열적가속팽창후에도 중입자를 생성하는 모형이 강한 CP문제를 해결할 수 있음을 확인하였다.
