We study generalized Galileons as a framework to develop the most general single-field inflation models ever, Generalized G-inflation, containing yet further generalization of G-inflation, as well as previous examples such as k-inflation, extended inflation, and new Higgs inflation as special cases. We investigate the background and perturbation evolution in this model, calculating the most general quadratic actions for tensor and scalar cosmological perturbations to give the stability criteria and the power spectra of primordial fluctuations. It is pointed out in the Appendix that the Horndeski theory and the generalized Galileons are equivalent. In particular, even the non-minimal coupling to the Gauss-Bonnet term is included in the generalized Galileons in a non-trivial manner.

We propose a new class of inflation model, G inflation, which has a Galileon-like nonlinear derivative interaction of the form G(ϕ,(∇ϕ)(2))□ϕ in the Lagrangian with the resultant equations of motion being of second order. It is shown that (almost) scale-invariant curvature fluctuations can be generated even in the exactly de Sitter background and that the tensor-to-scalar ratio can take a significantly larger value than in the standard inflation models, violating the standard consistency relation. Furthermore, violation of the null energy condition can occur without any instabilities. As a result, the spectral index of tensor modes can be blue, which makes it easier to observe quantum gravitational waves from inflation by the planned gravitational-wave experiments such as LISA and DECIGO as well as by the upcoming CMB experiments such as Planck and CMBpol.

We propose a chaotic inflation model in supergravity. In the model the Kahler potential has a Nambu-Goldstone-type shift symmetry of the inflaton chiral multiplet which ensures the flatness of the inflaton potential beyond the Planck scale. We show that chaotic inflation naturally takes place by introducing a small breaking term of the shift symmetry in the superpotential. This may open a new branch of model building for inflationary cosmology in the framework of supergravity.

We study the distortions of equilibrium spectra of relic neutrinos due to the interactions with electrons, positrons, and neutrinos in the early Universe. We solve the integro-differential kinetic equations for the neutrino density matrix, including three-flavor oscillations and finite temperature corrections from QED up to the next-to-leading order O(e3) for the first time. In addition, the equivalent kinetic equations in the mass basis of neutrinos are directly solved, and we numerically evaluate the distortions of the neutrino spectra in the mass basis as well, which can be easily extrapolated into those for non-relativistic neutrinos in the current Universe. In both bases, we find the same value of the effective number of neutrinos, Neff=3.044, which parameterizes the total neutrino energy density. The estimated error for the value of Neff due to the numerical calculations and the choice of neutrino mixing parameters would be at most 0.0005.

We investigate black holes and gravitational perturbations when both the scalar Gauss-Bonnet and dynamical Chern-Simons gravity sectors coexist in addition to the Einstein-Hilbert term, and both sectors are coupled to a single canonically normalized scalar field. The presence of the scalar Gauss-Bonnet gravity sector allows the scalar field to possess a nonvanishing background solution, resulting in additional couplings between odd and even-type gravitational perturbations arising from the dynamical Chern-Simons gravity sector. We illustrate the impact of these even-odd gravitational couplings in gravitational perturbations around a static spherically symmetric black hole. Although the couplings between the odd and even-type gravitational perturbations are known to appear in purely tensorial gravity theories with higher-curvature corrections, we demonstrate it in scalar-tensor theories.

We discuss formation of cosmic strings associated with a spontaneously broken U(1) symmetry by performing classical field-theoretical simulations. An original U(1) symmetry is explicitly broken down to its subgroup ZN even before spontaneous breaking takes place. We estimate the ratio of explicit breaking to that of spontaneous breaking for which topological defects for N=1 and N=2 are formed. For N=1, a cosmic string attached to a single domain wall can be formed when the amount of the explicit breaking is 3 orders of magnitude smaller than that of the spontaneous breaking. For N=2, no matter how large the explicit breaking is, domain walls are inevitably formed as long as the temperature of the Universe is high enough to restore Z2 symmetry. In that case, cosmic strings are also inevitably formed as long as the amount of the explicit breaking is smaller than that of the spontaneous breaking. Published by the American Physical Society 2025