[論文レビュー] High Temperature Symmetry Breaking, SUSY Flat Directions, and the Monopole Problem

G. Dvali, Lawrence M. Krauss|ArXiv.org|Nov 10, 1998

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、超対称性の平坦な方向が、温度に起因する次元の変換によって、任意の高温でも自発的対称性の破れを引き起こす可能性があると提案している。その結果、ゲージ荷電（例えば電気的荷電）が破れた最小値が形成され、磁気モノポールの形成が動的に防がれる。これはインフレーションの歴史やGUTの相転移タイミングにかかわらず、モノポール問題が解決されることを意味する。

ABSTRACT

Supersymmetric flat directions allow a generic counterexample to the phenomenon of symmetry restoration at high temperatures. We show that (exponentially) large VEVs can be developed along these directions through temperature-induced `dimensional transmutation'. A minimum with broken gauge charges (e.g. electric charge) can exist at arbitrarily high temperatures. In such a scenario magnetic monopoles are never formed, independent of whether inflation occurs before or after the GUT phase transition, or whether it occurs at all.

研究の動機と目的

• 大統一理論（GUT）が相転移後に過剰な磁気モノポールを予測するため、宇宙論的モノポール問題を解決すること。
• 通常、高温で対称性が回復すると想定されるが、その仮定が超対称的モデルにおいてどのように覆されるかを調査すること。
• 従来の期待とは反して、超対称的平坦な方向が高温で対称性の破れを引き起こす役割を果たすかを検討すること。
• インフレーションが存在しない、あるいは遅れて発生する場合でも、モノポール生成を回避できるかを明らかにすること。

提案手法

• 平坦な方向を有する超対称理論における有効ポテンシャルを分析し、温度依存補正に注目する。
• 大規模な真空期待値（VEV）が高温で形成されるメカニズム——温度に起因する次元の変換——を同定する。
• 有効ポテンシャルが任意の高温でも有限なVEVを持つ最小値を形成し、U(1)電気的荷電などのゲージ対称性が破れるのを示す。
• この対称性の破れがGUTの相転移とは独立して発生することを示す。
• 次元解析と熱場理論を用いてポテンシャルの温度依存性を導出し、非自明な最小値を明らかにする。
• 特に、真の相転移に伴うゲージ対称性の不変性が保たれないため、破れた相においてトポロジカルな欠陥が存在せず、モノポール生成が生じないという宇宙論的意味を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称的平坦な方向は、任意の高温でもゲージ対称性の自発的破れを引き起こすことができるか？
• RQ2 平坦な方向を有する超対称的モデルにおいて、高温で対称性が回復するという従来の仮定は覆されるか？
• RQ3 インフレーションやGUTの相転移のタイミングに依存せずに、モノポール問題を解決できるか？
• RQ4 温度に起因する次元の変換は、平坦な方向に大規模なVEVを生成する役割を果たすか？
• RQ5 ゲージ荷電が破れた高温での最小値が、磁気モノポールの形成を防ぐか？

主な発見

• 超対称的平坦な方向により、温度に起因する次元の変換によって、高温でも指数関数的に大きな真空期待値（VEV）が形成される。
• 任意の高温でも、ゲージ荷電（例えばU(1)電気的荷電）が破れた有効ポテンシャルの最小値が存在し、標準的な対称性回復の期待とは反する。
• この状況では、インフレーションがGUT相転移の前後、あるいは全く発生しなくても、磁気モノポールは生成されない。
• このメカニズムはGUTモデルの詳細やインフレーションの有無に依存せず、モノポール問題に対する一般的な解決策を提供する。
• 結果は、超対称性、平坦な方向、および熱補正の相互作用によって生じ、高温でも安定な破れた相が形成される。
• モノポール生成の不在は、ゲージ対称性が不変のままの真の相転移が存在せず、トポロジカルな欠陥が形成されないことに起因する。