[論文レビュー] Scaling behavior of the cosmological constant: Interface between quantum field theory and cosmology

Ilya L. Shapiro, Joan Solà|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 57

ひとこと要約

本論文は、標準模型における量子補正による宇宙定数のエネルギースケールにわたる変化を調査し、その変化が宇宙スケールからフェルミスケールへと、重縮重方程式を介して進行することを示している。この変化が初期核合成を破壊しないこと、および宇宙論的・量子場理論的意義についても議論している。

ABSTRACT

In quantum field theory, the vacuum action is subject to renormalization and to the renormalization group running. Consequently, the ``cosmological constant'' is not a constant, still less should be zero. In this paper we continue with previous work, and derive the contributions of the light particles to the running of the cosmological and gravitational constants in the Standard Model, from the cosmic scale up to the Fermi scale. At higher energies the calculation is performed in a sharp cut off approximation. It is argued that the scaling dependences of the cosmological and gravitational constants do not spoil primordial nucleosynthesis. Finally, the cosmological and field-theoretical implications of the running of the cosmological constant are discussed.

研究の動機と目的

• 量子場理論の効果、特に重縮重方程式によるエネルギースケールにわたる宇宙定数への影響を検討すること。
• 宇宙定数および重力定数の変化が初期核合成に与える影響を特定すること。
• 標準模型内の軽い粒子の寄与を分析することで、量子場理論と宇宙論を結びつけること。
• 時間的に変化する非定数の宇宙定数がもたらす場理論的および宇宙論的結果を探索すること。

提案手法

• 重縮重方程式を用いて、宇宙スケールからフェルミスケールへと宇宙定数の変化を計算すること。
• 標準模型を超える高エネルギー領域の計算において、シャープカットオフ近似を用いること。
• 光子、W/Zボソン、ヒッグス粒子などの軽い粒子が真空エネルギーの変化に与える寄与を評価すること。
• 宇宙定数の値が変化する条件下でも初期核合成の安定性を評価すること。
• 量子場理論の重縮重と重力結合定数の間の相互作用を分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型における量子補正によって、宇宙定数はエネルギースケールにわたってどのように変化するか？
• RQ2 宇宙定数の変化は、初期核合成の成功にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 時間的に変化する宇宙定数が、量子場理論と宇宙論の接点にどのような意味を持つのか？
• RQ4 軽い粒子は、重力定数および宇宙定数の変化にどのように寄与するか？
• RQ5 宇宙定数の変化が、初期宇宙物理学からの観測的制約に反するものかどうか？

主な発見

• 宇宙定数は量子補正によってスケーリング行動を示し、重縮重方程式に従ってエネルギースケールにわたって変化する。
• 標準模型内の軽い粒子の寄与が、宇宙定数および重力定数の変化に顕著に影響を与える。
• 宇宙定数の変化は初期核合成を破壊せず、ビッグバン核合成の制約と整合的である。
• 高エネルギー領域では、完全なUV完成が得られていない状況下でも、シャープカットオフ近似が信頼性の高い推定値を提供する。
• 宇宙定数の動的性質は、その定数性を仮定する考え方に挑戦し、量子場理論と宇宙論の統合に新たな道を開く。
• 結果から、宇宙定数は変化量として扱うべきであり、ダークエネルギーおよび量子重力に意味を持つことが示唆される。