[論文レビュー] Scale invariant theory of gravity and the standard model of particles

Israel Quirós|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2014

Relativity and Gravitational Theory参考文献 6被引用数 18

ひとこと要約

本稿では、局所的Weyl対称性が時空のアフィン構造を支配するスケール不変理論の重力理論を提案する。この理論は、破れた電弱対称性と一貫して共存可能であり、新しい物理を導入せずにヒッグス＝プランク質量スケールの巨大な階層を説明できる。また、ダークエネルギーを仮定せずに宇宙の加速膨張を説明でき、ゲージ自由度を通じてマルチバースに類似した性質が幾何学的に生じることを示唆する。

ABSTRACT

In this paper we demonstrate how local scale invariance -- invariance under Weyl rescalings -- may safely coexist with broken electroweak symmetry in our present Universe. It is required that Weyl's geometric theory governs the affine structure of spacetime. We discuss the consequences of the resulting scale invariant theory of gravity and particles for high-energy physics and cosmology. We found that nothing besides scale invariance and cosmological inflation is required to explain the large hierarchy between the Higgs and the Planck masses. In the present setup the late-time speedup of the cosmic expansion can be explained without the need for the dark energy. Moreover, the observational evidence on accelerated expansion can be explained even if the Universe is not expanding at all. The gauge degree of freedom which is distinctive of the present scale invariant setting leads to a picture which shares certain resemblance with the multiverse scenario.

研究の動機と目的

• 現実的な宇宙論的設定において、局所的スケール不変性と破れた電弱対称性を調和させること。
• ヒッグス質量とプランク質量のスケールの巨大な階層を、新たな基本的物理を導入せずに説明すること。
• ダークエネルギーを仮定せずに、観測された晩期の宇宙の加速膨張を説明すること。
• 加速膨張の観測的証拠が、非膨張宇宙でも存続可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 時空におけるアフィン接続を支配するために、Weylスケーリングを局所的対称性として実装し、幾何学的レベルでのスケール不変性を保証する。
• Weylの幾何的枠組みを用いて、重力と標準模型をゲージ不変な形式で構築する。
• Weylゲージ自由度を活用して、複数の宇宙を仮定せずにマルチバース的状況に類似した有効なダイナミクスを生成する。
• スケール不変な設定から自然にインフレーションが生じることを示し、微調整を回避する。
• スケール不変な枠組み内での自発的対称性の破れによってヒッグス質量が動的に生じることを示す。
• 観測された宇宙の加速が、ダークエネルギーを必要とせず、幾何的効果のみから生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱対称性が破れている宇宙において、局所的スケール不変性を一貫して維持できるか？
• RQ2 スケール不変性のみで、ヒッグス質量とプランク質量のスケールの階層をどのように説明できるか？
• RQ3 スケール不変な重力枠組みにおいて、ダークエネルギーを仮定せずに宇宙の加速を説明できるか？
• RQ4 この理論の下で、非膨張宇宙においても加速膨張の観測的証拠を再現できるか？
• RQ5 Weylゲージ自由度が、マルチバース状況に類似したダイナミクスをどの程度生成するか？

主な発見

• ヒッグス＝プランク質量階層は、スケール不変性と宇宙インフレーションから自然に生じ、新たな物理を必要としない。
• ダークエネルギーを仮定せずに、幾何的効果のみで宇宙の加速を説明可能であり、宇宙が膨張していない場合でも成立する。
• この枠組みにおいて、加速膨張の観測的証拠は、非加速宇宙と一貫している。
• Weylゲージ自由度は、実際のマルチバースを仮定せずに、マルチバースに類似したダイナミカルな構造を生じさせる。
• Weyl不変なアフィン接続と幾何的定式化を通じて、理論は標準模型と重力の両者と一貫性を保つ。
• インフレーションはスケール不変な設定の結果として生じ、初期宇宙のダイナミクスを自然に説明するメカニズムを提供する。