[論文レビュー] Vacua Morghulis

Ben Freivogel, Matthew Kleban|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2016

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ひとこと要約

この論文は、弦理論におけるすべての真空中が不安定であると予想している：非超対称な真空中は準安定に崩壊し、超対称な真空中は張力の境界に達するドメインウォールを通じてわずかに不安定である。これは、特に de Sitter および anti-de Sitter の設定において、任意に大きな低エネルギー真空中領域が高エネルギー時空に埋め込まれることを示唆しており、宇宙定数が小さい場合、その崩壊過程はホライズンスケールよりもはるかに小さいスケールで発生する。

ABSTRACT

We conjecture that all vacua in string theory decay. More precisely, non-supersymmetric vacua in string theory are at most metastable and eventually decay, while supersymmetric vacua are only marginally stable. All de Sitter vacua with small cosmological constant are metastable to decay via a process that occurs on scales small compared to the horizon size.

研究の動機と目的

• 弦理論におけるすべての真空中に普遍的な不安定性境界を提案し、弱い重力予想を真空中崩壊に拡張すること。
• 摂動的に安定な真空中と、非超対称な真空中が絶対的に安定であってはならないという要請との間の矛盾を解消すること。
• 真空中崩壊の構造的影響、特に de Sitter および anti-de Sitter 時空における弦理論ランドスケープの構造に迫ること。
• わずかに安定な真空中が、平坦なドメインウォールを通じて、真空中の高エネルギー時空に任意に大きな真空中領域を埋め込めるようにすることを示すこと。
• 宇宙定数がゼロに近づく極限においても、de Sitter 真空中の崩壊が持続することを主張し、それらが「Great Divide」の下にあることを示すこと。

提案手法

• スカラー場とフラックスの双対性を用いてドメインウォールを電荷を持つブレインに写像し、弱い重力予想を真空中崩壊に適用可能にする。
• ドメインウォール張力の BPS 境界を適用し、アインシュタイン方程式とインスタントン崩壊率から導かれる安定性境界と比較する。
• アイザラエルの接続条件を用いて、AdS および de Sitter 時空における薄い壁解を分析し、外的曲率の不連続性とドメインウォール張力の関係を特定する。
• 大半径極限における球状ドメインウォールの質量スケーリングを導出し、一次の項として負の質量が得られることで不安定性およびバブルの拡張が生じることを示す。
• 大サイズ極限における単位面積あたりの質量がゼロになる境界を特定するための臨界張力条件 $ T = 2(1/ ho_T - 1/ ho_F) $ を用いる。
• 宇宙定数が小さい極限における崩壊率を比較し、ランドスケープにおける「Great Divide」の下でさえも崩壊チャネルが存続することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弦理論におけるすべての非超対称真空中は、絶対的に安定な状態を除き、最大でも準安定であると考えられるか？
• RQ2 超対称真空中は常に BPS 飽和ドメインウォールを通じて他の真空中と接続されており、低エネルギー真空中の埋め込みにどのような意味を持つのか？
• RQ3 任意に大きな低エネルギー真空中領域を高エネルギーの偽真空中時空に埋め込むことは可能か？ どのような条件下で可能か？
• RQ4 宇宙定数が小さい de Sitter 時空における真空中崩壊は、ホライズンサイズよりもはるかに小さいスケールで発生するか？
• RQ5 宇宙定数がゼロに近づく極限において、de Sitter 真空中の崩壊は安定であり続けるか？ それにより、それらが「Great Divide」の下にあると見なされるか？

主な発見

• 非超対称なミンコフスキーおよび AdS 真空中は、最大でも準安定であり、ポアンカレ再帰時間よりも速い速度でバブル核生成を通じて崩壊する。
• 超対称真空中はわずかに不安定であり、BPS 張力境界に達するドメインウォールを通じて他の真空中と接続されており、平坦なドメインウォールが真空中を補間可能である。
• ドメインウォール張力が安定性境界に達する臨界状態では、大規模な球状真空中バブルの単位面積あたりの質量がゼロに近づき、偽真空中時空に任意に大きな真空中領域を埋め込める。
• 宇宙定数が小さい de Sitter 真空中では、崩壊がホライズンサイズよりもはるかに小さいスケールで発生し、Λ → 0 の極限においても崩壊プロセスが存続するため、このような真空中は「Great Divide」の下にある。
• 大サイズ極限における単位面積あたりの質量がゼロになる薄い壁解は、わずかに安定な真空中が偽真空中時空内に巨視的な真空中領域を構築可能であることを確認する。
• 解析により、弱い重力予想がドメインウォールに双対化されると、インスタントン作用の上界が得られ、弦理論における真空中崩壊の普遍的メカニズムを示唆する。