[논문 리뷰] Building Supergravity Quintessence Model

Chien-I Chiang, Hitoshi Murayama|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 07.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 28인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 시공간의 진동하는 어두운 에너지 상태 방정식 w > -1을 구현하는 가능성이 있는 초중력 이론 프레임워크 두 가지를 제안한다. 이는 우주론적 상수 문제를 피하기 위한 것이다. 퀸티세스 섹터에 이동 대칭성을 도입하거나, 분리된 초중력 이론을 사용함으로써, 모델은 초대칭 깨짐 효과에 의한 퀸티세스 포텐셜의 안정성을 확보하고, 제5력 제약 조건을 만족하며, 우주론적 상수와의 관측 가능한 이질성을 가능하게 한다.

ABSTRACT

It was recently pointed out that the cosmological constant (even metastable one) belongs to the so-called "swampland" and hence cannot be obtained as the low-energy limit of string theory that requires $| abla V| > c V$. If true, the dark energy needs to be described by an evolving scalar field, i.e., quintessence with $w>-1$ within supergravity. However, the large hierarchy between the supersymmetry breaking scale and the energy scale of dark energy imposes a challenge on building quintessence models in supergravity as the quintessence field typically acquires a mass of order the gravitino mass. We investigate two approaches to circumvent this obstacle. One is imposing shift symmetry to the quintessence sector, and we demonstrate any quintessence potential can be embedded into supergravity and the fifth force constraint gives little limit on quintessence field displacement, leading to possible observational signature $w>-1$. The structure is stable against quantum corrections. A particular example can address the cosmic coincidence problem. The other approach is sequestered supergravity, and the stability requirement strongly constrains the form of the Kahler potential and superpotential, and the quintessence field displacement is typically much smaller than Planck mass. In addition, to satisfy the fifth force constraint, the quintessence field displacement is further restricted in the sequestered case, requiring $c \ll 1$.

연구 동기 및 목표

• 중력보 질량 스케일에서 초대칭 깨짐에 의해 안정성이 깨지는 초중력 이론에서 실현 가능한 퀸티세스 모델을 구성하는 데 도전하는 것.
• 고에너지 초대칭 깨짐 섹터와 결합된 상태에서도 퀸티세스 필드가 가벼운(헤르츠 스케일 질량) 상태를 유지할 수 있도록 보장하는 것.
• 특히 큰 필드 이동이 있는 모델에서 물질-퀸티세스 결합에 의한 제5력 제약 조건을 만족시키는 것.
• 양자 보정에 의해 우주론적 상수가 되는 것 없이도 퀸티세스가 초중력 이론에 통합될 수 있는지 탐색하는 것.
• 데시터 진공 상태를 금지하는 스와믈랜드 추측과 초중력 이론 내에서의 역동적 어두운 에너지가 어떻게 조화를 이룰 수 있을지 조사하는 것.

제안 방법

• 퀸티세스 초스칼라 필드의 켈러 포텐셜에 이동 대칭성을 도입하여, 스칼라 포텐셜이 퀸티세스 필드의 허수 성분에 영향을 받지 않고 평탄하게 유지되도록 보장한다.
• 퀸티세스 포텐셜을 초위력의 실수 부분에 비례하도록 구성함으로써, 초중력 이론 내에서 임의의 포텐셜 형태를 통합할 수 있도록 한다.
• 숨겨진 섹터와 퀸티세스 섹터가 서로 다른 3-brane 위에 분리된 분리된 초중력 이론을 사용하여, 수준에서 직접적인 초대칭 깨짐 효과가 퀸티세스 필드에 영향을 주지 않도록 한다.
• 퀸티세스 필드에 따라 지수적으로 변하는 페르미온 질량 항을 통해 물질-퀸티세스 결합을 분석하고, 필드 이동에 대한 제5력 제약 조건을 유도한다.
• 고차항 보정의 안정성을 유지하기 위해 플랑크 스케일 보정을 적용하여, 분리된 시나리오에서 켈러 포텐셜이 근사적으로 불변을 유지하도록 한다.
• 두 프레임워크에서 방정식 상태 매개변수 w를 평가하여, 이동 대칭성은 큰 필드 이동에서도 w > -1을 가능하게 하며, 분리 기반 초중력 이론은 이동을 c ≪ 1로 제한함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력보 질량 스케일이 테바 수준일 때, 허브스 스케일 질량을 가진 퀸티세스 필드가 초중력 이론에서 일관되게 실현될 수 있는가?
• RQ2 켈러 포텐셜에서의 이동 대칭성이 초대칭 깨짐에 의해 퀸티세스 포텐셜이 불안정해지는 것을 어떻게 방지할 수 있는가?
• RQ3 분리된 초중력 이론에서 중력보 질량 기여가 퀸티세스 필드 질량에 얼마나 억제되는가?
• RQ4 제5력 상호작용으로 인한 관측 제약 조건은 퀸티세스 모델의 필드 이동에 대해 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 스와믈랜드 추측을 만족시키고 우주론적 상수를 피하면서도 w > -1인 퀸티세스 모델을 초중력 이론에서 어떻게 구성할 수 있는가?

주요 결과

• 켈러 포텐셜에서의 이동 대칭성은 임의의 퀸티세스 포텐셜을 초중력 이론에 통합할 수 있게 하며, 포텐셜은 초위력의 실수 부분에 비례한다.
• 이동 대칭 모델에서는 제5력 제약 조건이 필드 이동을 강하게 제한하지 않는데, 이는 퀸티세스 필드가 페르미온 질량 항의 지수 인자에 나타나지 않기 때문이다.
• 분리된 초중력 이론 모델에서는 수준에서 퀸티세스 필드가 중력보 질량을 획득하지 않지만, 고차항 보정은 안정성을 유지하기 위해 플랑크 스케일 보정이 필요하다.
• 분리된 모델에서 필드 이동은 제5력 제약 조건으로 인해 작아야 하며, 이는 c ≪ 1이 되도록 하며, 여기서 c는 가벼운 입자와 무거운 입자 질량 비율과 관련된다.
• 이동 대칭 모델은 숨겨진 SQCD 아키온을 통해 어두운 에너지 스케일을 전기약력 스케일과 연결함으로써 우주 공진 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다.
• 이동 대칭 모델에서는 큰 필드 이동이 있어도 w가 -1에서 벗어나며, 이는 우주론적 상수와의 관측 가능한 이질성을 가능하게 한다.