[論文レビュー] Dilaton stabilization and composite dark matter in the string frame of heterotic-M-theory

Andrea Zanzi|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 60被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ヘテロティック-M理論におけるブレーンワールド設定に、シャメレオン的ストリングフレームモデルを埋め込むことで、ドライソンの安定化および複合ダークマターのメカニズムを提案する。ストリングフレームのドライソンの安定化ポテンシャルの起源として、質量のあるバルクスピンル（不活性ニュートリノ）からのカシミールエネルギーを特定し、ダークマターのラグランジアンがニュートリノ対凝縮を伴うギンツブルグ＝ランダウ理論に類似していると示唆する。これは、共形変換と量子補正を伴う高次元枠組みにおける宇宙定数解のトップダウン実現を可能にする。

ABSTRACT

In this paper we further elaborate on our recently proposed solution to the cosmological constant problem - Phys. Rev. D82 (2010) 044006. One of the elements of the solution is the chameleonic behaviour of the Einstein frame dilaton: the mass of the dilaton is an increasing function of the matter density. In that model, a proper structure of the string-frame form factors in the strong coupling region of string theory is assumed. In particular, a stabilizing potential of the string frame dilaton is present and it is supposed to be the result of a quantum calculation. Our main purpose in this article is to point out that the lagrangian of the chameleonic model for the dilaton can be embedded, to a large extent, in heterotic-M-theory. We illustrate some theoretical grounds that support the ansatz about the form factors. In this paper, we break bulk supersymmetry with a massive sterile spinor field (i.e. a bulk neutrino field) and, under certain assumptions about the full M-theory action, we point out the Casimir origin of the stabilizing potential for the string frame dilaton (particular attention is dedicated to the role of the conformal transformations involved). Moreover, we point out the similarity between the string frame dark matter lagrangian and a Ginzburg-Landau lagrangian with sterile neutrino pairs playing the role of dark matter particles. However, more research efforts are necessary to connect the bulk spinor (neutrino) lagrangian with the Ginzburg-Landau lagrangian through direct calculations. A phenomenological test of these ideas is definitely required.

研究の動機と目的

• シャメレオン的ストリングフレームモデルのドライソンを、ヘテロティック-M理論内にトップダウンで理論的埋め込みを提供すること。
• 質量のあるバルクスピンル場（不活性ニュートリノ）からのカシミールエネルギーを用いて、ストリングフレームのドライソンの安定化ポテンシャルの量子的起源を同定すること。
• ストリングフレームのダークマター・ラグランジアンとニュートリノ対凝縮を介したギンツブルグ＝ランダウ有効理論との関係を調査すること。
• ドライソンの安定化とシャメレオン的振る舞いの文脈において、ストリングフレームとアインシュタインフレーム間の共形変換の役割を明確にすること。
• 物性的実験的検証のための基盤を築き、エイプシロティックなシナリオや強い結合領域の力学的性質とのさらなる接続を図ること。

提案手法

• 11次元重力カップリング $k^2$ における高次補正を含むM理論の完全な作用が、ドライソンの運動項および非最小結合項の形を保存することを仮定する。
• 質量のある不活性スピンル場（バルクニュートリノ）を導入することでバルク超対称性の破れをモデル化し、カシミールエネルギーの源とみなす。
• 参考文献[13]のバッグモデル解析を適用し、バッグフレームにおけるカシミールエネルギーを計算し、共形変換を介してストリングフレームに写像する。
• カシミールエネルギーから有効なストリングフレームのドライソンポテンシャルを導出し、その安定化作用を示す。
• ストリングフレームにおけるダークマター・ラグランジアンをギンツブルグ＝ランダウ理論と比較し、不活性ニュートリノ対が複合ダークマターの構成粒子を形成することを特定する。
• モジュライ空間近似を用いて重力と物質系を分離し、ドライソンのシャメレオン的振る舞いの分析を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘテロティック-M理論における量子補正から、シャメレオン的モデルにおけるストリングフレームのドライソンの安定化ポテンシャルを導出可能か？
• RQ2 高次元枠組み内におけるストリングフレームのドライソンの非最小結合項および運動項の起源は何か？
• RQ3 5次元ブレーンワールド設定における質量のあるバルクスピンル場からのカシミールエネルギーが、ストリングフレームのドライソンの安定化ポテンシャルをどのように生成するか？
• RQ4 ストリングフレームのダークマター・ラグランジアンは、不活性ニュートリノの凝縮を伴うギンツブルグ＝ランダウ有効理論としてどの程度解釈可能か？
• RQ5 本モデルにおいて、バッグフレーム、ストリングフレーム、アインシュタインフレームを結ぶ共形変換の役割は何か？

主な発見

• 5次元ブレーンワールド設定における質量のあるバルクスピンル場からのカシミールエネルギーが、ストリングフレームのドライソンの安定化ポテンシャルの量子的起源を提供する。
• この安定化ポテンシャルは、BPS条件を破るM理論作用の高次補正に起因し、非BPSかつスケール不変でない背景を生じる。
• これらの高次補正の下でも、ストリングフレームのドライソンの運動項および非最小結合項は形式的に変化しない。
• ストリングフレームにおけるダークマター・ラグランジアンはギンツブルグ＝ランダウ理論に類似しており、不活性ニュートリノ対が複合スカラー凝縮相を形成する。
• ポテンシャルの最小値において、ドライソン場 $\phi$ と物質場 $\Phi$ は概ね等しくなる、$\phi \simeq \Phi$ であり、安定化メカニズムの整合性を支持する。
• アインシュタインフレームにおいては微調整の必要がなく、ドライソンのシャメレオン的振る舞いのおかげで宇宙定数は制御下に保たれる。