[논문 리뷰] Cosmology and Heterotic M-Theory in Five-Dimensions

André Lukas, Burt A. Ovrut외 1명|ArXiv.org|1998. 12. 08.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 5인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 칼라비-아우르의 3차원 다양체 위에서 M-이론을 국소화함으로써 강한 결합 상태의 헤테로지틱 스퍼트 이론의 다섯 차원 효과 이론을 유도한다. 이는 N=1 과도한 초대칭 중력 이론과 하이퍼멀티플릿, 경계 게이지 이론에 결합된 게이지된 N=1 초대칭 중력 이론으로 이어진다. BPS 도메인 월 쌍 위에서 비균일한 우주론적 해를 구성함으로써, 라몬드-라몬드 스칼라를 포함한 굴러가는 반지름을 일반화하며, 호라바-위튼 이론 내 초기 우주론의 틀을 제공한다.

ABSTRACT

In these lectures, we present cosmological vacuum solutions of Horava-Witten theory and discuss their physical properties. We begin by deriving the five-dimensional effective action of strongly coupled heterotic string theory by performing a reduction, on a Calabi-Yau three-fold, of M-theory on S1/Z2. The effective theory is shown to be a gauged version of five-dimensional N=1 supergravity coupled, for simplicity, to the universal hypermultiplet and four-dimensional boundary theories with gauge and universal gauge matter fields. The static vacuum of the theory is a pair of BPS three-brane domain walls. We show that this five-dimensional theory, together with the domain wall vacuum solution, provides the correct starting point for early universe cosmology in Horava-Witten theory. Relevant cosmological solutions are those associated with the BPS domain wall vacuum. Such solutions must be inhomogeneous, depending on the orbifold coordinate as well as on time. We present two examples of this new type of cosmological solution, obtained by separation of variables. The first example represents the analog of a rolling radii solution with the radii specifying the geometry of the domain wall pair. This is generalized in the second example to include a nontrivial Ramond-Ramond scalar.

연구 동기 및 목표

• 칼라비-아우르 3차원 다양체 위에서 M-이론을 국소화함으로써 강한 결합 상태의 헤테로지틱 스퍼트 이론에 대한 다섯 차원 효과 이론을 유도하는 것.
• 다섯 차원 이론 내에서 BPS 3-brane 도메인 월 쌍으로 구성된 정적 진공 해를 구성하는 것.
• 도메인 월 진공 해가 호라바-위튼 이론 내 초기 우주론의 기초가 되도록 하는 것.
• 시간과 오르비폴드 좌표에 모두 의존하는 비균일한 우주론적 해를 개발하는 것.
• 굴러가는 반지름 해를 비틀린 라몬드-라몬드 스칼라를 포함한 우주론적 틀로 일반화하는 것.

제안 방법

• S1/Z2 위에서 M-이론의 칼루차-클라인 감소를 수행하여 다섯 차원 효과 이론을 도출하는 것.
• 게이지된 N=1 초대칭 중력 이론으로서의 다섯 차원 작용을 유도하며, 유니버설 하이퍼멀티플릿과 4차원 경계 물리량 필드에 결합하는 것.
• 정적 진공 해를 오르비폴드 고정점에 위치한 BPS 3-brane 도메인 월 쌍으로 식별하는 것.
• 시간과 오르비폴드 좌표에 모두 의존하는 분리 변수 기법을 통해 우주론적 해를 구성하는 것.
• 도메인 월 기하학의 시간에 따른 진화를 묘사하는 굴러가는 반지름 해를 도입하는 것.
• 다섯 차원 작용 내에 비자명한 라몬드-라몬드 스칼라 필드를 포함시키기 위해 해를 일반화하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다섯 차원 효과 이론은 칼라비-아우르 3차원 다양체 위에서 M-이론을 국소화함으로써 어떻게 유도되는가?
• RQ2 이 다섯 차원 이론 내 정적 진공 해의 성질은 무엇이며, BPS 도메인 월과 어떻게 관련되는가?
• RQ3 이 틀 내에서 시간과 오르비폴드 좌표에 모두 의존하는 우주론적 해를 구성할 수 있는가?
• RQ4 비자명한 라몬드-라몬드 스칼라 필드 존재 시 굴러가는 반지름 해는 어떻게 일반화되는가?
• RQ5 도메인 월 쌍은 호라바-위튼 이론 내 초기 우주론의 무대를 어떻게 마련하는가?

주요 결과

• 다섯 차원 효과 이론은 유니버설 하이퍼멀티플릿과 4차원 경계 게이지 및 물리량 필드에 결합된 게이지된 N=1 초대칭 중력 이론이다.
• 정적 진공 해는 S1/Z2 오르비폴드의 고정점에 위치한 BPS 3-brane 도메인 월 쌍으로 구성된다.
• 우주론적 해는 비균일하며 시간과 오르비폴드 좌표에 모두 의존한다. 이는 변수 분리 기법에 의해 유도된다.
• 첫 번째 해는 도메인 월 쌍의 기하학이 시간에 따라 진화하는 굴러가는 반지름 시나리오를 묘사한다.
• 두 번째 해는 첫 번째 해를 비틀린 비자명한 라몬드-라몬드 스칼라 필드를 포함시켜 일반화하며, 이는 우주론적 역학을 풍부하게 한다.
• 이 해들은 호라바-위튼 이론 내 초기 우주론에 대해 일관된 틀을 제공한다.