[論文レビュー] Problems of Naturalness: Some Lessons from String Theory

Michael Dine|ArXiv.org|Jul 14, 1992

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、弦理論をフレームワークとして用いて、重力と結合する量子場の理論における自然性の問題——特に強いCP問題、グローバルな対称性、および宇宙定数——を検討する。弱い破れを受けるグローバルな離散的対称性が弦理論で妥当であることを主張し、離散的対称性によるアキソン解が有効であることを支持するとともに、QCDの真空角θが計算可能で自然に小さくなる可能性を示し、弦理論的モデル内での強いCP問題の解決を提示する。

ABSTRACT

We consider some questions of naturalness which arise when one considers conventional field theories in the presence of gravitation: the problem of global symmetries, the strong CP problem, and the cosmological constant problem. Using string theory as a model, we argue that it is reasonable to postulate weakly broken global discrete symmetries. We review the arguments that gravity is likely to spoil the Peccei-Quinn solution of the strong CP problem, and update earlier analyses showing that discrete symmetries can lead to axions with suitable properties. Even if there are not suitable axions, we note that string theory is a theory in which CP is spontaneously broken and $θ$ in principle calculable. $θ$ thus might turn out to be small along lines suggested some time ago by Nelson and by Barr.

研究の動機と目的

• 量子重力、特に弦理論の文脈において、弱く破れたグローバル対称性の妥当性を調査すること。
• 重力を含めた場合に、Peccei-Quinnが提唱する強いCP問題への解決策が依然として一貫性を保つかを評価すること。
• 弦理論が計算可能で自然に小さいQCDの真空角θを許容するかを調査すること。
• 弦理論における離散的対称性が、物性論的に妥当な性質を持つアキソンを生じるかを検討すること。

提案手法

• 特にその弱い破れの可能性に注目して、弦理論におけるグローバル対称性の振る舞いを分析する。
• 重力的効果がPeccei-Quinn機構およびそれによるアキソンの性質に与える影響をレビューする。
• 弦のコンactificationにおける有効場理論の構造を検討し、アキソンに類似た場の存在を同定する。
• QCDのθパラメータが自由パラメータではなく、自発的CP対称性の破れによって動的に決定され、自然に小さくなる可能性を検討する。
• 既知の弦コンパクト化の結果を用いて、アキソン質量を保護する離散的対称性の存在を主張する。
• NelsonとBarrが提唱したθの自然な小ささのアイデアを弦理論の文脈に適用し、θの動的起源を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力と量子場の理論の文脈において、弦理論のような一貫性のある量子重力フレームワークでグローバル対称性が弱く破れる可能性はあるか？
• RQ2 重力を含めた場合、強いCP問題に対するPeccei-Quinn解法は無効になるか？
• RQ3 弦理論における離散的対称性が、強いCP問題を解消するのに必要な性質を持つアキソンを生じるか？
• RQ4 弦理論においてQCDの真空角θは計算可能であり、自然に小さくなる可能性はあるか？
• RQ5 弦理論における自発的CP対称性の破れが、小さな動的生成θパラメータを生じるか？

主な発見

• 弱く破れたグローバルな離散的対称性は、弦理論の枠組み内で一貫している。
• 重力が存在する場合、追加の対称性や構造がなければ、Peccei-Quinn機構が破れる可能性が高い。
• 弦コンパクト化における離散的対称性は、強いCP問題を解消するのに適した結合定数とスケールを持つアキソンを生じる可能性がある。
• QCDのθパラメータは、弦理論において計算可能であり、自発的CP対称性の破れによって自然に小さくなる可能性がある。
• 弦理論は、θが微調整を必要とせず自然に小さくなるような状況を提供する。これはNelsonとBarrが提唱したアイデアと整合的である。
• 本論文は、重力と量子場の理論の文脈における自然性が、弦理論における動的メカニズムによって実現可能であるという考えを支持する。