[論文レビュー] Cosmology and Heterotic M-Theory in Five-Dimensions

André Lukas, Burt A. Ovrut+1 more|ArXiv.org|Dec 8, 1998

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、Calabi-Yau三様体上のM理論の compactification を通じて、強い結合型ヘテロティック弦理論の五次元有効理論を導出し、N=1規範超重力理論とハイパーマニフォールド、境界ゲージ理論が結合された理論が得られる。BPSドメインウォール対における非一様宇宙論的解を構築し、ローリング半径を一般化し、R-Rスカラーを含むことで、ホラワ-・ウィッテン理論における初期宇宙宇宙論の枠組みを提供する。

ABSTRACT

In these lectures, we present cosmological vacuum solutions of Horava-Witten theory and discuss their physical properties. We begin by deriving the five-dimensional effective action of strongly coupled heterotic string theory by performing a reduction, on a Calabi-Yau three-fold, of M-theory on S1/Z2. The effective theory is shown to be a gauged version of five-dimensional N=1 supergravity coupled, for simplicity, to the universal hypermultiplet and four-dimensional boundary theories with gauge and universal gauge matter fields. The static vacuum of the theory is a pair of BPS three-brane domain walls. We show that this five-dimensional theory, together with the domain wall vacuum solution, provides the correct starting point for early universe cosmology in Horava-Witten theory. Relevant cosmological solutions are those associated with the BPS domain wall vacuum. Such solutions must be inhomogeneous, depending on the orbifold coordinate as well as on time. We present two examples of this new type of cosmological solution, obtained by separation of variables. The first example represents the analog of a rolling radii solution with the radii specifying the geometry of the domain wall pair. This is generalized in the second example to include a nontrivial Ramond-Ramond scalar.

研究の動機と目的

• Calabi-Yau三様体上のM理論の compactification から、強い結合型ヘテロティック弦理論の五次元有効作用を導出すること。
• 五次元理論における静的な真空解を、BPS3-braneドメインウォール対として構築すること。
• ドメインウォール真空を、ホラワ-・ウィッテン理論における初期宇宙宇宙論の出発点として確立すること。
• 時間とオービフォールド座標の両方に依存する非一様宇宙論的解を構築すること。
• ローリング半径解を、非自明なR-Rスカラーを含む宇宙論的枠組みに一般化すること。

提案手法

• S1/Z2 上でのM理論のKaluza-Klein還元を実行し、五次元有効理論を導出すること。
• 五次元作用を、ユニバーサルハイパーマニフォールドと四次元境界物質場と結合した規範N=1超重力理論として導出すること。
• 静的な真空解が、オービフォールド固定点に位置するBPS3-braneドメインウォール対として特定されること。
• 時間とオービフォールド座標の両方に依存する変数分離法による宇宙論的解の構築。
• ドメインウォール幾何の時間発展を記述するローリング半径解の導入。
• 五次元作用に非自明なR-Rスカラー場を含めるように解を一般化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘテロティックM理論の五次元有効理論は、Calabi-Yau三様体上のM理論compactificationからどのように導かれるか？
• RQ2 この五次元理論における静的真空解の性質は何か？また、BPSドメインウォールとどのように関係するか？
• RQ3 時間とオービフォールド座標の両方に依存する宇宙論的解は、この枠組みで構築可能か？
• RQ4 非自明なR-Rスカラー場の存在下で、ローリング半径解はどのように一般化されるか？
• RQ5 ドメインウォール対は、ホラワ-・ウィッテン理論における初期宇宙宇宙論の出発点として果たす役割は何か？

主な発見

• 五次元有効理論は、ユニバーサルハイパーマニフォールドと四次元境界ゲージおよび物質場と結合した規範N=1超重力理論である。
• 静的真空解は、S1/Z2オービフォールドの固定点に位置するBPS3-braneドメインウォール対である。
• 宇宙論的解は非一様的であり、時間とオービフォールド座標の両方に依存し、変数分離から生じる。
• 最初の解は、ドメインウォール対の幾何が時間とともに変化するローリング半径の状況を記述する。
• 2番目の解は、最初の解を非自明なR-Rスカラー場を含む形に一般化し、宇宙論的ダイナミクスを豊かにしている。
• これらの解は、ホラワ-・ウィッテン理論における初期宇宙宇宙論の整合的枠組みを提供する。