[논문 리뷰] A New Mechanism of Dynamical Spontaneous Breaking of Supersymmetry

Eduardo Guendelman, Emil Nissimov외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 18.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 6인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 보조 반대칭 텐서 게이지 장을 통해 정의된 비리emann 체적 형태를 가진 수정된 작용을 도입하여 N=1 초구상중력에서 역학적 자발적 초대칭 붕괴를 위한 새로운 메커니즘을 제안한다. 이 형식은 통합 상수로서 동역학적으로 결정된 진공 에너지 밀도를 생성하며, 이는 자동으로 초대칭 붕괴와 질량을 가진 글루신을 유도한다. 반-데시터 확장에서는 이 형식이 작은 양의 효과적 진공 에너지 밀도와 동시에 큰 물리적 글루신 질량을 가능하게 하여 현대 우주론과 일치한다.

ABSTRACT

We present a qualitatively new mechanism for dynamical spontaneous breakdown of supersymmetry. Specifically, we construct a modified formulation of standard minimal N=1 supergravity. The modification is based on an idea worked out in detail in previous publications by some of us, where we proposed a new formulation of (non-supersymmetric) gravity theories employing an alternative volume form (volume element, or generally-covariant integration measure) in the pertinent Lagrangian action, defined in terms of auxiliary (pure-gauge) fields instead of the standard Riemannian metric volume form. Invariance under supersymmetry of the new modified N=1 supergravity action is preserved due to the addition of an appropriate compensating antisymmetric tensor gauge field. This new formalism naturally triggers the appearance of a dynamically generated cosmological constant as an arbitrary integration constant which signifies a spontaneous (dynamical) breaking of supersymmetry. Furthermore, applying the same formalism to anti-de Sitter supergravity allows us to appropriately choose the above mentioned arbitrary integration constant so as to obtain simultaneously a very small positive effective observable cosmological constant as well as a large physical gravitino mass as required by modern cosmological scenarios for slowly expanding universe of today.

연구 동기 및 목표

• 초구상중력 이론에서 역학적 자발적 초대칭 붕괴를 위한 새로운 메커니즘을 개발하기 위해.
• 관측된 작은 양의 관측 가능한 진공 에너지 밀도와 큰 물리적 글루신 질량을 동시에 만족시키기 위해, 진공 에너지 밀도 문제를 해결하고 현대 우주론 관측 결과와 조화를 이룰 필요가 있다.
• 원래 비초대칭 중력에 대해 개발된 두 체적 형태 중력 형식을 최소한의 N=1 초구상중력으로 확장하면서 보상 게이지 장을 통해 초대칭 불변성을 유지하기 위해.
• 역학적으로 생성된 진공 에너지 밀도가 자발적 초대칭 붕괴를 유도하는 트리거 역할을 하며, 초대칭 힉스 효과를 통해 물리적 글루신 질량이 유도됨을 보여주기 위해.

제안 방법

• 표준 Riemann 체적 형태 √−g 대신 보조 랭크-3 반대칭 텐서 게이지 장 Bμνλ를 통해 정의된 비리emann 체적 형태 Φ(B)를 사용한 수정된 N=1 초구상중력 작용을 도입한다.
• 초대칭 불변성을 확보하고 통합 상수 M의 존재를 가능하게 하기 위해 다른 반대칭 텐서 게이지 장 Hμνλ를 포함하는 추가적인 위상수적 항을 포함한다.
• 스핀 접속 ωμab와 베르비에인 eaμ를 독립 변수로 간주하는 제1차 형식(Palatini 형식)으로 중력 이론을 다루며, 동역학적으로 생성된 진공 에너지 밀도 항을 포함한 효과적 아인슈타인 방정식을 유도한다.
• 빈도수 상수 Λ₀와 글루신 질량 항 m을 포함하는 반-데시터 초구상중력으로 확장하여, 동역학적으로 생성된 상수 M을 조정함으로써 Λeff ≈ M + Λ₀ ≪ |Λ₀|를 달성한다.
• canonical 해밀토니안 분석을 통해 Φ(B)/√−g 비율과 작용에서의 상수 M이 보조 게이지 장의 제약 운동량임을 보이며, 이는 운동 방정식에서 물리적 상수로 기여함을 보여준다.
• 효과적 에너지-모멘텀 텐서를 유도하고, 효과적 진공 에너지 밀도가 작을 경우 물리적 글루신 질량 m_eff ≈ m = √(1/3|Λ₀|)가 나타남을 보여, 배경이 거의 평탄함을 시사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비리emann 체적 형태를 사용한 수정된 작용을 통해 N=1 초구상중력에서 새로운 역학적 자발적 초대칭 붕괴 메커니즘을 구성할 수 있는가?
• RQ2 반대칭 텐서 장을 통한 보조 비리emann 체적 형태의 도입이 어떻게 동역학적으로 생성된 진공 에너지 밀도를 유도하는가?
• RQ3 현대 우주론 모델에서 요구하는 바와 같이, 이 형식이 동시에 작은 양의 효과적 진공 에너지 밀도와 큰 물리적 글루신 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ4 보상 역할을 하는 반대칭 텐서 게이지 장 Hμνλ는 초대칭 불변성을 유지하면서도 역학적 붕괴를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 두 체적 형태 형식은 반-데시터 초구상중력에서 아인슈타인 방정식과 글루신 질량 스펙트럼을 어떻게 수정하는가?

주요 결과

• 비리emann 체적 형태 Φ(B)를 가진 수정된 N=1 초구상중력 작용은 동역학적으로 생성된 진공 에너지 밀도 Λ_eff = κ²χM/(χ+1)를 유도하며, 이는 자동으로 자발적 초대칭 붕괴를 유도한다.
• 초구상중력 작용에 진공 에너지 밀도 항이 존재함으로써, 명시적 질량 항이 없더라도 초대칭 힉스 메커니즘을 통해 물리적 글루신 질량이 유도된다.
• 반-데시터 초구상중력 확장에서는 효과적 진공 에너지 밀도가 Λ_eff = M + Λ₀로 주어지며, 여기서 M은 동역학적으로 생성된 상수이고 Λ₀ = −3/L²는 기초적인 음의 진공 에너지 밀도이다.
• M ≈ |Λ₀|로 선택함으로써 효과적 진공 에너지 밀도는 매우 작고 양의 값을 가지며, 암흑 에너지에 대한 관측 제약 조건을 만족한다.
• 물리적 글루신 질량 m_eff ≈ m = 1/L ≈ √(1/3|Λ₀|)는 여전히 크며, 오늘날 느리게 팽창하는 우주에서 무거운 글루신이 요구되는 조건과 일치한다.
• 이 형식은 관측 가능한 작은 Λ_eff와 큰 m_eff가 동시에 존재하는 통합된 시나리오를 자연스럽게 실현하며, 현대 우주론 모델의 핵심 갈등을 해결한다.