[論文レビュー] Dark Energy from Closed Strings in Toroidal Cosmology

Mar Bastero-Gil, Paul H. Frampton+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、トーラス的宇宙論モデルにおける閉じたストリングの運動量モードとワindingモードの量子相関が、ダークエネルギーを生じると提案している。背景の膨張による超プランクスケールモードの指数的抑制は、3つの大きな空間次元における凍結凝集体を生じさせ、自然にプランク単位で $\Lambda \sim 10^{-120}$ の観測された宇宙定数値をもたらす。

ABSTRACT

A long-standing problem of theoretical physics is the exceptionally small value of the cosmological constant $\\Lambda \\sim 10^{-120}$ measured in natural Planckian units. Here we derive this tiny number from a toroidal string cosmology based on closed strings. In this picture the dark energy arises from the correlation between momentum and winding modes that for short distances has an exponential fall-off with increasing values of the momenta.The freeze-out by the expansion of the background universe for these transplanckian modes may be interpreted as a frozen condensate of the closed-string modes in the three non-compactified spatial dimensions.

研究の動機と目的

• プランク単位で観測された $\Lambda \sim 10^{-120}$ を、ストリング理論的メカニズムから導出することで、宇宙定数問題を解決すること。
• コンact化されたトーラス的時空における閉じたストリングモードの量子凝集体として、ダークエネルギーの起源を説明すること。
• 宇宙膨張による超プランクスケールモードの指数的抑制が、安定した微小な真空中エネルギー密度をもたらす仕組みを示すこと。
• 高運動量ワインドモードの凍結が、3つの大きな空間次元における低エネルギーダークエネルギー凝集体の形成にどのように寄与するかを明らかにすること。

提案手法

• 3つの大きな空間次元とコンパクト化された余剰次元を持つトーラス的コンパクト化として宇宙をモデル化する。
• コンパクト化された次元における運動量モードとワインドモードの間の相互作用に注目して、閉じたストリングモードを分析する。
• 高運動量モードによって駆動される短距離における相関関数の指数的減衰条件を適用する。
• 宇宙膨張の効果を取り入れ、超プランクスケールモードの凍結が生じ、力学的相互作用から実質的に分離されることを示す。
• 得られた凍結状態を、3つの非コンパクト次元における閉じたストリングモードの凝集体として扱う。
• 凍結凝集体から有効な真空中エネルギー密度を導出し、それが観測された $\Lambda \sim 10^{-120}$ と一致することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プランク単位で極めて小さな値 $\Lambda \sim 10^{-120}$ を、基本的な量子重力原理からどのように導出できるか？
• RQ2 トーラス的コンパクト化において、閉じたストリングの運動量モードとワインドモードが、どのようにダークエネルギーを生成するか？
• RQ3 宇宙膨張は、どのように超プランクスケールストリングモードの凍結を引き起こし、ダークエネルギー寄与に凝集体を形成するか？
• RQ4 観測されたダークエネルギー密度は、コンパクト化されたストリング宇宙論における量子相関から自然に生じうるか？

主な発見

• 宇宙定数は、トーラス的コンパクト化における閉じたストリングの運動量モードとワインドモードの相関によって、プランク単位で $\Lambda \sim 10^{-120}$ として現れる。
• 短距離相関の指数的減衰は、高エネルギー寄与を抑制し、自然に微小な有効真空中エネルギーをもたらす。
• 宇宙膨張による超プランクスケールモードの凍結は、3つの大きな空間次元における安定した凍結凝集体を生じる。
• この凝集体は、パrameterの微調整を必要とせず、観測されたダークエネルギー密度を説明する。