[論文レビュー] On the smallness of the cosmological constant in SUGRA models with Planck scale SUSY breaking and degenerate vacua

C.D. Froggatt, R. Nevzorov+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2015

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、N=1超対称ゲージ理論（SUGRA）モデルにおける宇宙定数の小ささが、電弱スケール付近とプランクスケール付近の複数の真空状態の正確な degeneracy に起因すると提案する。MPP（複数点原理）を用いて degeneracy を強制することで、ヒッグス四次結合定数とそのベータ関数がプランクスケールで自然にゼロに近づき、隠れたセクターにおけるゲージノー凝縮によって観測された暗黒エネルギー密度が再現される。その際、ΛSQCD ≈ ΛQCD/10 となる。

ABSTRACT

We argue that the exact degeneracy of vacua in N=1 supergravity can shed light on the smallness of the cosmological constant. The presence of such vacua, which are degenerate to very high accuracy, may also result in small values of the quartic Higgs coupling and its beta function at the Planck scale in the phase in which we live.

研究の動機と目的

• SUGRAモデルにおける観測された宇宙定数の小ささを、真空状態のdegeneracyによって説明すること。
• 複数点原理（MPP）がヒッグスポテンシャルの安定化と宇宙定数の抑制にどのように寄与するかを調査すること。
• 隠れたセクターにおけるゲージノー凝縮が、低エネルギー密度の真空状態を生成する役割を調査すること。
• degenerateな真空状態の下で、観測された暗黒エネルギー密度スケールをQCDスケールと関連付けるためのΛSQCD ≈ ΛQCD/10の自然さを明らかにすること。
• 正確な真空状態のdegeneracyが、λ(MPl) ≈ 0およびβλ(MPl) ≈ 0を引き起こし、観測制約と整合することを示すこと。

提案手法

• Kähler関数G = K + ln|W|²によって真空エネルギーが決定される、KählerポテンシャルKと超ポテンシャルWを有するN=1超対称ゲージ理論を用いる。
• 複数点原理（MPP）を用いて、電弱スケールとプランクスケール付近の真空状態の正確なdegeneracyを課す。
• SUSY破れが隠れたセクターにおけるSU(3)のSUSYゲージダイナミクスによるゲージノー凝縮によって起こる、no-scale型SUGRAモデルを検討する。
• 真空エネルギー密度をρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Plとして導出し、プランクスケールによる抑制が生じることを示す。
• 物理的真空状態が、SUSYがゲージノー凝縮によって破れる第二の真空状態とdegenerateであると仮定し、ρΛ ≈ Λ⁶SQCD / M²Plが得られる。
• ヒッグス期待値がMPlに近い第三の真空状態を含めるようにモデルを拡張し、物理的真空と第三の真空状態における結合定数が同一であることを保証することで、物理的真空においてλ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0が強制される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SUGRAモデルにおける宇宙定数の小ささは、正確な真空状態のdegeneracyによって説明可能か？
• RQ2 複数点原理（MPP）は、プランクスケールにおけるヒッグス四次結合定数とそのベータ関数をどのように制約するか？
• RQ3 隠れたセクターにおけるゲージノー凝縮が、低エネルギー密度の真空状態を生成する役割を果たすか？
• RQ4 この枠組みにおいて、なぜΛSQCD ≈ ΛQCD/10が自然であり、観測された暗黒エネルギー密度を再現できるのか？
• RQ5 ヒッグス期待値がMPlに近い第三の真空状態が存在することで、物理的真空においてλ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0が強制されるか？

主な発見

• N=1 SUGRAモデルにおけるプランクスケールでのSUSY破れと正確な真空状態のdegeneracyのおかげで、宇宙定数は自然に小さくなる。
• トップクォーク質量が約173 GeVのとき、ヒッグス四次結合定数λ(MPl)はMPPと整合的にゼロに近づく。
• プランクスケールにおけるベータ関数βλ(MPl)も近似的にゼロとなり、MPl近辺でヒッグスポテンシャルが平坦であることを示唆する。
• ゲージノー凝縮による真空エネルギー密度はρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Plとして与えられ、ΛSQCD ≈ ΛQCD/10であれば観測された暗黒エネルギー密度と一致する。
• このモデルは、物理的真空が、SUSYがゲージノー凝縮によって破れる第二の真空状態とdegenerateであると予測し、エネルギー密度が抑制されることを示す。
• ヒッグス期待値がMPlに近い第三の真空状態の存在により、物理的真空と第三の真空状態における結合定数が同一であることが保証され、λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0が強化される。