[論文レビュー] On the low-energy limit of string and M-theory

Hans Peter Nilles|ArXiv.org|Apr 7, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、弦理論およびM理論から導かれる低エネルギー有効場理論を調査し、ゲージ結合定数の統一とゲージino凝集による超対称性の破れに焦点を当てる。M理論の11次元区間へのコンパクト化が、微調整を必要とせず、自然にゲージおよび重力結合定数を統一し、小さなゲージino質量を生成できることを示している。また、高い崩壊定数を持つM理論のアキソンを通じて、強いCP問題の解決可能性を提示している。

ABSTRACT

We discuss the possible applications of string theory for the construction of generalizations of the $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$ standard model of strong and electroweak interactions. This includes an investigation of effective $d=4$ dimensional supergravity theories that could be derived from higher dimensional string theories ($d=10$) and M-theory ($d=11$).It is shown how the question of unification of gauge and gravitational coupling constants could find a solution within this framework. The mechanism of hidden sector supersymmetry breakdown and its consequences for the pattern for soft supersymmetry breaking terms are discussed in detail.

研究の動機と目的

• 弦理論およびM理論が、標準模型と整合する現実的な低エネルギー有効場理論をどのように導くかを理解すること。
• 弦理論およびM理論の枠組み内で、ゲージ結合定数と重力結合定数の統一を調査すること。
• ゲージino凝集による超対称性の破れのメカニズムと、ソフト対称性破れパラメータに与える影響を分析すること。
• M理論のコンパクト化が、ゲージino質量の小ささや強いCP問題といった長年の問題を解決できるかどうかを評価すること。
• ダークマターおよびフレーバー変換型中性荷電現在の観点から、M理論のシナリオの物性的妥当性を調査すること。

提案手法

• 次元削減と切断を用いて、d=10ヘテロティック弦理論およびd=11 M理論からd=4有効超対称重力理論を導出する。
• 特にダイラトン(S)および複素構造モジュール(T)を含むモジュール場の役割を、ゲージおよび重力結合定数を決定する要因として分析する。
• ゲージino凝集のメカニズムを適用し、超対称性を動的に破り、有効理論におけるソフト破れ項を生成する。
• ワールドシートインスタントンなどの非摂動的効果がアキソンポテンシャルおよびCP違反に与える影響を検討する。
• ヘテロティック弦理論の高エネルギー極限において、双対的なM理論のコンパクト化（11次元区間上）が現れる。
• 重正化群法を用いてスカラー質量の放射修正を計算し、フレーバー変換型中性荷電現在の抑制に果たす役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 11次元区間へのM理論コンパクト化は、自然にゲージおよび重力結合定数を統一できるか？
• RQ2 高エネルギー極限におけるヘテロティック弦理論の強い結合状態で、ゲージino凝集が現実的なソフト超対称性破れパラメータをどのように生成するか？
• RQ3 M理論の枠組みが、高スケールのアキソンを通じて強いCP問題を解決できるか？
• RQ4 フレーバー変換型中性荷電現在およびダークマターの残存密度が、M理論に由来するモデルにおけるスカラー質量スペクトルに課す制約は何か？
• RQ5 強い結合状態における非摂動的効果が、アキソンポテンシャルおよびその宇宙論的妥当性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 11次元区間へのM理論コンパクト化は、GUTスケールでゲージおよび重力結合定数が統一され、ダイラトンの真空期待値がコンパクト化の幾何学によって固定されることを示す。
• 強い結合状態におけるゲージino凝集は、微調整を必要とせず、小さなゲージino質量を生成でき、有効場理論における長年の問題を解決する。
• 大きなゲージino質量から生じるスカラー質量のユニバーサルな放射修正が、GUTスケールで発生し、非ユニバーサル性を相殺し、フレーバー変換型中性荷電現在を抑制する。
• モジュール場SおよびTの虚部の線形結合が、強い結合状態の極限でアキソンとして機能し、崩壊定数が最大10^16 GeVに達する可能性がある。
• M理論のアキソンはインフレーション期に等方的密度フラクチュエーションを寄与させ得るため、将来的な人工衛星観測で検出可能である可能性がある。
• 特にビノである最軽い超対称粒子（LSP）の残存密度は、強い結合状態のシナリオにおける増幅された消失断面積のおかげで、観測されたダークマター密度と整合的である。