[論文レビュー] Safety of Minkowski Vacuum

Gia Dvali|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2011

Quantum Mechanics and Applications被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、任意の整合的な量子場理論において、ポincare不変なミンコフスキー真空からエネルギーが低い真空へのトンネル効果は、局所的負エネルギー状態が生じるため、根本的にな不可能であると主張している。このような状態は無限大の崩壊率を引き起こし、ユニタリティを破る。主な結果は、このような準安定性がポincare不変性と整合しないことであり、したがって理論的一致性から、唯一正確に安定した真空のみが物理的に妥当であるということである。

ABSTRACT

We give a simple argument suggesting that in a consistent quantum field theory tunneling from Minkowski to a lower energy vacuum must be impossible. Theories that allow for such a tunneling also allow for localized states of negative mass, and therefore, should be inconsistent.

研究の動機と目的

• 量子場理論におけるミンコフスキー真空の整合性条件を確立すること。
• 偽真空を含む理論における真空崩壊のパラドックスを、負エネルギー状態に内在する根本的不整合性を特定することで解消すること。
• ポincare不変性が準安定ミンコフスキー真空を禁止することを示し、理論的一致性からそれらが本質的に不安定であることを明らかにすること。
• コロンベール＝デルゥッチャメカニズムが真空安定性および負エネルギー配置の文脈において果たす役割を明確にすること。
• 超対称性や特定のスカラー結合エネルギー関数に依存しない、整合性に基づく議論を通じて、準安定ミンコフスキー真空を除外すること。

提案手法

• ミンコフスキー真空内で有限サイズの臨界バブルが、より低いエネルギー状態へトンネルする可能性を仮定する。
• 連続的変形によって、このような構成が近傍の状態に負の全エネルギーを持つことを示す。
• 任意の局所的負アーマン・デ・マス（ADM質量）状態はユニタリティを破り、ポincare不変性により任意の相対運動量を持つペア生成を許容するため、無限大の崩壊率を引き起こすと主張する。
• 正負エネルギーのバブルペア生成を想定する thought experiment を用いて、崩壊率が運動量に依存せず発散することを示す。
• 小さな質量を持つスペンサーソー場を用いてソフトにポincare破れを導入する参照系を導入し、運動量積分が正則化されることを示し、フレーム破れがゼロに近づく極限でも発散が続くことを示す。
• 結論として、ポincare不変な量子場理論においては、負エネルギー状態を含まない、正確に安定した真空のみが理論的一致性を持つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 整合的な量子場理論におけるポincare不変なミンコフスキー真空が、より低いエネルギー状態への真空崩壊を起こせるか？
• RQ2 ポincare不変な背景において、局所的負エネルギー状態を許容することはどのような結果をもたらすか？
• RQ3 なぜコロンベール＝デルゥッチャメカニズムはミンコフスキー時空において整合的な準安定真空を生成できないのか？
• RQ4 ポincare不変性は、有限エネルギーの負質量構成をどのように防ぐのか？
• RQ5 規制に用いられる優位なフレームの役割は何か？なぜフレーム破れがゼロに近づく極限でも発散は続くのか？

主な発見

• ミンコフスキー真空からより低いエネルギー状態へのトンネル効果は、局所的負エネルギー状態の存在を意味する。
• このような負エネルギー状態は、ポincare不変性により任意の相対運動量を持つペア生成を許容するため、無限大の崩壊率を引き起こす。
• 四元運動量保存則と逆符号の質量の組み合わせにより、崩壊率は運動量に依存せず発散する。
• ソフトにポincare破れを導入した参照系を導入しても発散は解消せず、フレーム破れがゼロに近づく極限でも発散は続く。
• したがって、このような負エネルギー状態を含む量子場理論は整合的ではなく、準安定ミンコフスキー真空は排除される。
• ポincare不変な背景上で、負エネルギー状態を含まない、正確に安定した真空のみが理論的一致性を持つ。