Kurzfassung
Kosmische Inflation bestimmt nicht nur die Anfangsbedingungen des Universums
sondern liefert auch den Ursprung der Strukturbildung. Sie ist sowohl aus theoretischer
als auch experimenteller Sicht ein erfolgreiches Paradigma. Präzisionsmessungen
der kosmischen Mikrowellenstrahlung deuten darauf hin, dass Inflation
durch ein einziges Skalarfeld verursacht wird, dessen Potential eine kontinuierliche
Symmetrie V ∼ konst. besitzt, die hinreichend weit vom Minimum entfernt
ist. In effektiver Feldtheorie bedeutet solch eine Symmetrie das Einstellen aller
Koeffizienten der höher dimensionalen Operatoren, die zur Wirkung beitragen. In
dieser Arbeit geht es um verschiedene Realisierungen dieser Symmetrie hinsichtlich
einer möglichen Reduzierung der einzustellenden Parameter. Zuerst untersuchen
wir ein UV Beispiel, in dem die beitragenden Parameter nach wie vor eingestellt
werden müssen, da die aus dem UV Bereich sich ableitenden Unterdrückungen
nicht ausreichen. Darauf folgend untersuchen wir nicht-kanonische Dynamiken.
Wir formulieren eine Entsprechung zur genannten Symmetrie in nicht-kanonischer
Sprache und leiten universelle Korrekturen und phänomenologische Effekte her, die
aus einer Symmetriebrechung resultieren. In modifizierter Gravitation können wir
die Koeffizienten aller Terme höherer Ordnung bestimmen, sodass Inflation im Einklang
mit den Beobachtungen stattfinden kann. Schließlich untersuchen wir Felddynamiken
nicht-minimal gekoppelter Felder. Nachdem wir verschiedene Arten
der Symmetriebrechung untersucht haben, entwickeln wir einen Mechanismus, der
ein hinreichendes Inflationspotential realisiert, wofür effektiv nur ein Parameter
eingestellt werden muss. Dieser Parameter bestimmt sowohl den spektralen Index
als auch die Normalisierung des Temperaturspektrums der Hintergrundstrahlung.
Ist er in Übereinstimmung mit den Messungen eingestellt, schützt er das Inflationspotential vor allen Korrekturtermen höherer Ordnung.
Cosmic inflation not only sets the initial conditions for the evolution of the universe but also provides the origin of structure formation. It is hence both from a theoretical and observational point of view a highly successful paradigm. Precision measurements of the cosmic microwave background constrain inflation to be effectively driven by a single scalar field whose potential maintains an approximate and continuous shift symmetry V ∼ const. sufficiently far from its minimum. In effective field theory, such a shift symmetry amounts to tuning an essentially infi- nite number of coefficients of all higher dimensional operators involved. Here, we study different realisations of shift-symmetric inflaton potentials to examine if the amount of fine tuning can be reduced. We begin by considering a UV example and find that underlying parameters do not evade tuning as the intrinsic suppressions do not suffice. Continuing to study non-canonical dynamics, we formulate a condition on the non-canonical kinetic term equivalent to the potential shift symmetry and provide expressions for universal corrections and phenomenological imprints resulting from a broken shift symmetry. Studying modified gravity, we derive all order expressions for broken shift symmetries that allow for observationally viable inflation to occur. Finally, we study scalar field dynamics non-minimally coupled to gravity. After developing an understanding of the phenomenological implications of different types of shift symmetry breaking, we propose a mechanism that realises a sufficient intermediate shift symmetry for inflation to occur by essentially only tuning one parameter. This parameter sets the spectral index as well as the normalisation of the cosmic microwave background temperature spectrum and is found to satisfy both observational constraints while at the same time pushing all higher order terms sufficiently far away in field space.