[論文レビュー] Quintessence, Flat Potential and String/M Theory Axion

Kiwoon Choi|ArXiv.org|Dec 2, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ほぼ正確なグローバル対称性に起因する平坦なポテンシャルを持つことから、ストリング理論/M理論のアキソンが、宇宙膨張の駆動要因としてのクインテッセンス場として機能しうると提案している。メトリック型と非メトリック型クインテッセンスの種別をし、非メトリック型クインテッセンス—ゴールドストーンボソンに関連するもの—はより少ない微調整を要し、特定のモジュライダイナミクス下でヘテロティック M理論またはタイプ I ストリング理論のアキソンによって実現可能である可能性がある。

ABSTRACT

A slow-rolling scalar field (Quintessence) has been proposed as the origin of accelerating universe at present. We discuss some features of quintessence, particularly those related with the {\it flatness} of its potential. We distinguish two types of quintessences, a metrical quintessence which couples to the particle physics sector {\it only} through the mixing with the spacetime metric and a non-metrical one without such property. It is stressed that these two types of quintessences have quite different features in regard to the fine tuning of parameters required for the flat potential, as well as different implications for the quintessence-mediated long range force. The fine tuning argument strongly suggests that non-metrical quintessence should correspond to the Goldstone boson of an almost exact nonlinear global symmetry whose explicit breaking by quantum gravity effects is highly suppressed. It is briefly discussed whether the radion field in higher dimensional theories can be a candidate for metrical quintessence. We finally discuss the possibility that string/$M$ theory axion corresponds to a Goldstone-type quintessence, and argue that a certain combination of the heterotic $M$ theory or Type I string theory axions can be a good candidate for quintessence if some conditions on the moduli dynamics are satisfied.

研究の動機と目的

• 宇宙の晩期的加速を駆動するクインテッセンス場としてのストリング理論/M理論のアキソンの妥当性を検討すること。
• クインテッセンスモデルにおける平坦なポテンシャルを達成するための微調整要件を分析すること。
• 時空計量および素粒子物理学系への結合に基づいて、メトリック型と非メトリック型クインテッセンスを区別すること。
• 高次元理論におけるラディオン場がメトリック型クインテッセンスとして機能しうるかを検討すること。
• ヘテロティック M理論またはタイプ I ストリング理論のアキソンの組み合わせが、非メトリック型クインテッセンスを実現する条件を同定すること。

提案手法

• 時空計量への結合に基づいて、クインテッセンスモデルをメトリック型と非メトリック型に分類すること。
• ポテンシャルパラメータの微調整を分析し、非メトリック型クインテッセンスが近似的なグローバル対称性のおかげでより少ない微調整を要することを示すこと。
• 高次元的コンパクト化におけるラディオン場を、メトリック型クインテッセンスの候補として検討すること。
• ゴールドストーンボソン機構を適用し、非メトリック型クインテッセンスが非線形的グローバル対称性の自発的破れに起因することを主張すること。
• ヘテロティック M理論およびタイプ I ストリング理論におけるモジュライ場のダイナミクスを評価し、アキソンの組み合わせが平坦なポテンシャルをもたらす条件を同定すること。
• 特に非メトリック型モデルにおいて、クインテッセンス媒介の長距離力に及ぼす影響を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング理論/M理論のアキソンは、クインテッセンスに必要な平坦なポテンシャルを自然に実現できるか？
• RQ2 微調整と重力への結合の観点から、メトリック型と非メトリック型クインテッセンスの違いは何か？
• RQ3 ゴールドストーンボソンの近似的なグローバル対称性が、クインテッセンスモデルにおける微調整の必要性をどのように低減するか？
• RQ4 ヘテロティック M理論またはタイプ I ストリング理論のアキソンの組み合わせが、有効なクインテッセンス場として機能する条件は何か？
• RQ5 高次元理論におけるラディオン場は、メトリック型クインテッセンスの候補として機能できるか？

主な発見

• ほぼ正確なグローバル対称性に起因する非メトリック型クインテッセンスは、平坦なポテンシャルを達成するための微調整要件が著しく低減されている。
• 高次元理論におけるラディオン場は、特定のダイナミクス的条件を満たせば、メトリック型クインテッセンスの有効な候補である。
• 量子重力効果がグローバル対称性を弱くしか破れない場合、ストリング理論/M理論のアキソンはゴールドストーン型クインテッセンスを実現できる。
• ヘテロティック M理論またはタイプ I ストリング理論のアキソンの組み合わせは、特定のモジュライダイナミクス下で有効なクインテッセンス候補として機能しうる。
• 非メトリック型クインテッセンスモデルは、結合構造の違いにより、メトリック型モデルと比較して弱い長距離力を予測する。
• アキソンが自発的破れによって生じるナマブ＝ゴールドストーンボソンである場合、量子重力効果によって抑制されることで、クインテッセンス場の平坦なポテンシャルが自然に達成される。