[論文レビュー] Introduction to Cosmic F- and D-Strings

Joseph Polchinski|ArXiv.org|Dec 21, 2004

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 11被引用数 43

ひとこと要約

この論文は、歪んだコンパクト化におけるブレインインフレーション中に形成される可能性がある、宇宙的F-およびD-ストリングを、素因数理論からの観測可能な痕跡としての有効な候補として提示する。特定のモデル条件（インフレーション後生成、宇宙論的安定性、観測可能性）の下で、これらのスーパystringは重力波およびネットワークダイナミクスを通じて検出可能である可能性があり、(p,q)束縛状態という独自の性質により、従来の宇宙的ストリングとは区別できる。

ABSTRACT

In these lectures I discuss the possibility that superstrings of cosmic length might exist and be observable. I first review the original idea of cosmic strings arising as gauge theory solitons, and discuss in particular their network properties and the observational bounds that rule out cosmic strings as the principal origin of structure in our universe. I then consider cosmic superstrings, including the `fundamental' F-strings and also D-strings and strings arising from wrapped branes. I discuss the conditions under which these will exist and be observable, and ways in which different kinds of string might be distinguished. We will see that each of these issues is model-dependent, but that some of the simplest models of inflation in string theory do lead to cosmic superstrings. Moreover, these could be the first objects seen in gravitational wave astronomy, and might have distinctive network properties. The outline of these lectures follows hep-th/0410082, but the treatment is more detailed and pedagogical.

研究の動機と目的

• 初期宇宙における観測可能な痕跡としての宇宙的スーパystring（特にF-およびD-ストリング）の妥当性を検討すること。
• インフレーション後に生成され、宇宙論的時間スケールで安定し、観測可能であるような条件を特定すること。
• F-およびD-ストリングネットワークの特徴を、従来の宇宙的ストリングや場の理論のソリトンと区別するための特徴を同定すること。
• 重力波天文学および宇宙論的観測を通じて、宇宙的スーパystringを検出する可能性を評価すること。
• 双対性およびコンパクト化幾何学（例：Klebanov-Strasslerのトロイド）が、独自の張力関係を持つ(p,q)ストリングの豊富なスピン系を生じることを検討すること。

提案手法

• U(1)ゲージ理論における対称性の破壊に起因する宇宙的ストリングの位相的起源をレビューし、ホモトピー群分類を用いて巻き付き数の安定性を定義する。
• F-ストリングおよびD-ストリングをモデル化するためにNambu-Goto作用を適用し、それぞれが基本的ストリングスケールおよびDブレインの張力から導かれる張力を有する。
• 混合F-Dストリング系を記述するための(p,q)束縛状態の張力式 $\mu_{p,q} = \sqrt{p^2 + (g_s M)^2 q^2} \mu_0$ を使用する。
• 再結合確率 $P(v,\theta)$ を用いてネットワークダイナミクスを分析し、摂動的ストリング理論が衝突速度および角度に依存する関数的依存性を予測すること。
• 場の理論的双対（例：カスケーディングゲージ理論）を検討し、F-およびD-ストリングが場の理論のフラックスチューブと区別可能かどうかを評価する。
• 宇宙的ストリングループからの重力波放射およびCMBへのレンズ効果を通じて、観測的シグネイチャを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙的F-およびD-ストリングは、どのような条件下でインフレーション後に生成され、宇宙論的時間スケールで安定するのか？
• RQ2 特に三重節点および(p,q)束縛状態を特徴とするF-およびD-ストリングネットワークの特徴的なネットワーク性質は、どのように従来の宇宙的ストリングと区別できるのか？
• RQ3 重力波パルスやCMB歪みといった観測的シグネイチャは、宇宙的スーパystringの存在を確認するのにどのように寄与するのか？
• RQ4 (p,q)張力スペクトルは、宇宙論的観測によってプローブ可能か？ また、それを場の理論的ストリングネットワークから区別するには何が必要か？
• RQ5 Klebanov-Strasslerのトロイドにおけるストリング理論と場の理論の双対性は、宇宙的ストリングネットワークの観測を通じてどの程度テスト可能か？

主な発見

• 歪んだコンパクト化におけるブレインインフレーションの特定のモデルにおいて、宇宙的スーパystringは、インフレーション後生成、宇宙論的安定性、観測可能性という三つの核心的条件を満たすことができる。
• (p,q)束縛状態の張力式 $\mu_{p,q} = \sqrt{p^2 + (g_s M)^2 q^2} \mu_0$ は、F-Dストリングネットワークに特有のシグネイチャを提供し、従来の宇宙的ストリングとは区別可能である。
• F-およびD-ストリングの再結合確率は、摂動的ストリング理論により、衝突速度および角度に依存すると予測され、観測的テストの可能性を提供する。
• シミュレーションの結果、F-Dネットワークはスケーリング状態に達するか、凍結状態に入り、高張力下で宇宙を支配する非希釈的密度を示す可能性がある。
• 宇宙的スーパystringの観測的検出は、ループ崩壊に伴う重力波パルスを通じて実現可能であり、重力波天文学の最初の標的となる可能性がある。
• Klebanov-Strasslerのトロイドのようなモデルにおける双対性により、$g_s M$ の測定を通じて、宇宙的ストリングの素因数理論的起源をテストできる。これにより、宇宙論的観測と基本的ストリングパラメータを結びつけることができる。