Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

A Novel Probe of Supersymmetry in Light of Nanohertz Gravitational Waves

Published 2 Jul 2023 in hep-ph and astro-ph.CO | (2307.00628v1)

Abstract: A new era of exploring the early Universe may have begun with the recent strong evidence for the stochastic gravitational wave (GW) background from the data reported by NANOGrav, EPTA, PPTA, and CPTA. Inspired by this, we propose a new potential source of stochastic GWs in the minimal supersymmetric standard model (MSSM), which could be the theory at a very high energy scale. This source is the "axion" field in the Higgs multiplets when the Higgs field takes a large value along the D-flat direction in the early Universe, for example, during inflation. The axion motion triggers the instability of the standard model ${\rm U}(1)$ and/or ${\rm SU}(3)$ gauge fields, producing stochastic GWs during the inflation. This scenario can be seen as a simple UV completion of the commonly studied models where an axion spectator/inflaton is coupled to a hidden ${\rm U}(1)$ or ${\rm SU}(N)$ gauge field without matter fields. Thus the nanohertz GWs may be a sign of supersymmetry. Primordial magnetic field production is also argued. In addition, we point out the simple possibility that this axion within the MSSM drives inflation.

Authors (2)
Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (65)
  1. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951 (2023), 10.3847/2041-8213/acdac6, arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
  2. J. Antoniadis et al.,   (2023), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  3. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951 (2023), 10.3847/2041-8213/acdd02, arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
  4. H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
  5. S. Vagnozzi,   (2023), arXiv:2306.16912 [astro-ph.CO] .
  6. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980).
  7. A. H. Guth, Phys. Rev. D 23, 347 (1981).
  8. K. Sato, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 195, 467 (1981).
  9. A. D. Linde, Phys. Lett. B 108, 389 (1982).
  10. M. M. Anber and L. Sorbo, Phys. Rev. D 81, 043534 (2010), arXiv:0908.4089 [hep-th] .
  11. M. S. Turner and L. M. Widrow, Phys. Rev. D 37, 2743 (1988).
  12. L. Sorbo, JCAP 06, 003 (2011), arXiv:1101.1525 [astro-ph.CO] .
  13. M. M. Anber and L. Sorbo, Phys. Rev. D 85, 123537 (2012), arXiv:1203.5849 [astro-ph.CO] .
  14. Y. Watanabe and E. Komatsu,   (2020), arXiv:2004.04350 [hep-th] .
  15. J. L. Cook and L. Sorbo, JCAP 11, 047 (2013), arXiv:1307.7077 [astro-ph.CO] .
  16. O. Özsoy, JCAP 04, 062 (2018), arXiv:1712.01991 [astro-ph.CO] .
  17. O. Özsoy, JCAP 04, 040 (2021a), arXiv:2005.10280 [astro-ph.CO] .
  18. O. Özsoy, Phys. Rev. D 104, 123523 (2021b), arXiv:2106.14895 [astro-ph.CO] .
  19. N. Barnaby and M. Peloso, Phys. Rev. Lett. 106, 181301 (2011), arXiv:1011.1500 [hep-ph] .
  20. P. D. Meerburg and E. Pajer, JCAP 02, 017 (2013), arXiv:1203.6076 [astro-ph.CO] .
  21. R. Z. Ferreira and M. S. Sloth, JHEP 12, 139 (2014), arXiv:1409.5799 [hep-ph] .
  22. E. Bugaev and P. Klimai, Phys. Rev. D 90, 103501 (2014), arXiv:1312.7435 [astro-ph.CO] .
  23. E. Erfani, JCAP 04, 020 (2016), arXiv:1511.08470 [astro-ph.CO] .
  24. O. Özsoy and Z. Lalak, JCAP 01, 040 (2021), arXiv:2008.07549 [astro-ph.CO] .
  25. P. Adshead and M. Wyman, Phys. Rev. Lett. 108, 261302 (2012), arXiv:1202.2366 [hep-th] .
  26. A. Maleknejad and E. Erfani, JCAP 03, 016 (2014), arXiv:1311.3361 [hep-th] .
  27. E. Dimastrogiovanni and M. Peloso, Phys. Rev. D 87, 103501 (2013), arXiv:1212.5184 [astro-ph.CO] .
  28. A. Maleknejad, JHEP 07, 104 (2016), arXiv:1604.03327 [hep-ph] .
  29. I. Obata and J. Soda, Phys. Rev. D 93, 123502 (2016), [Addendum: Phys.Rev.D 95, 109903 (2017)], arXiv:1602.06024 [hep-th] .
  30. V. Domcke and K. Mukaida, JCAP 11, 020 (2018), arXiv:1806.08769 [hep-ph] .
  31. G. R. Dvali,   (1995), arXiv:hep-ph/9505253 .
  32. T. Banks and M. Dine, Nucl. Phys. B 505, 445 (1997), arXiv:hep-th/9608197 .
  33. K. S. Jeong and F. Takahashi, Phys. Lett. B 727, 448 (2013), arXiv:1304.8131 [hep-ph] .
  34. P. W. Graham and A. Scherlis, Phys. Rev. D 98, 035017 (2018), arXiv:1805.07362 [hep-ph] .
  35. D. J. E. Marsh and W. Yin, JHEP 01, 169 (2021), arXiv:1912.08188 [hep-ph] .
  36. R. Kitano and W. Yin, JHEP 07, 078 (2021), arXiv:2103.08598 [hep-ph] .
  37. G. F. Giudice and A. Romanino, Nucl. Phys. B 699, 65 (2004), [Erratum: Nucl.Phys.B 706, 487–487 (2005)], arXiv:hep-ph/0406088 .
  38. M. Ibe and T. T. Yanagida, Phys. Lett. B 709, 374 (2012), arXiv:1112.2462 [hep-ph] .
  39. M. Yamaguchi and W. Yin, PTEP 2018, 023B06 (2018), arXiv:1606.04953 [hep-ph] .
  40. W. Yin and N. Yokozaki, Phys. Lett. B 762, 72 (2016), arXiv:1607.05705 [hep-ph] .
  41. R. D. Peccei and H. R. Quinn, Phys. Rev. Lett. 38, 1440 (1977a).
  42. R. D. Peccei and H. R. Quinn, Phys. Rev. D 16, 1791 (1977b).
  43. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 40, 223 (1978).
  44. F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 40, 279 (1978).
  45. T. Yanagida, Conf. Proc. C 7902131, 95 (1979).
  46. S. Glashow, “Quarks and leptons,”  (1980).
  47. P. Minkowski, Phys. Lett. B 67, 421 (1977).
  48. R. N. Mohapatra and G. Senjanovic, Phys. Rev. Lett. 44, 912 (1980).
  49. A. Notari and K. Tywoniuk, JCAP 12, 038 (2016), arXiv:1608.06223 [hep-th] .
  50. K. Schmitz, JHEP 01, 097 (2021), arXiv:2002.04615 [hep-ph] .
  51. G. Janssen et al., PoS AASKA14, 037 (2015), arXiv:1501.00127 [astro-ph.IM] .
  52. A. Weltman et al., Publ. Astron. Soc. Austral. 37, e002 (2020), arXiv:1810.02680 [astro-ph.CO] .
  53. P. Amaro-Seoane et al. (LISA),   (2017), arXiv:1702.00786 [astro-ph.IM] .
  54. S. Kawamura et al., Class. Quant. Grav. 28, 094011 (2011).
  55. M. Punturo et al., Class. Quant. Grav. 27, 194002 (2010).
  56. S. Weinberg, The quantum theory of fields. Vol. 3: Supersymmetry (Cambridge University Press, 2013).
  57. M. Endo and W. Yin, JHEP 08, 122 (2019), arXiv:1906.08768 [hep-ph] .
  58. M. Czerny and F. Takahashi, Phys. Lett. B 733, 241 (2014), arXiv:1401.5212 [hep-ph] .
  59. E. Armengaud et al. (IAXO), JCAP 06, 047 (2019), arXiv:1904.09155 [hep-ph] .
  60. F. Takahashi and W. Yin, JHEP 07, 095 (2019), arXiv:1903.00462 [hep-ph] .
  61. F. Takahashi and W. Yin, JCAP 10, 057 (2021), arXiv:2105.10493 [hep-ph] .
  62. F. Takahashi and W. Yin,   (2023), arXiv:2301.10757 [hep-ph] .
  63. T. Fujita and K. Kamada, Phys. Rev. D 93, 083520 (2016), arXiv:1602.02109 [hep-ph] .
  64. K. Kamada and A. J. Long, Phys. Rev. D 94, 063501 (2016a), arXiv:1606.08891 [astro-ph.CO] .
  65. K. Kamada and A. J. Long, Phys. Rev. D 94, 123509 (2016b), arXiv:1610.03074 [hep-ph] .
Citations (20)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up