[논문 리뷰] Dark Horse, Dark Matter: Revisiting the SO(16)x SO(16)' Nonsupersymmetric Model in the LHC and Dark Energy Era

Michael R. McGuigan|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 03.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 LHC 데이터에서 초대칭의 증거가 없음을 고려하여, 초대칭이 아닌 $SO(16)\times SO(16)'$ 모델을 초대칭 통합 이론의 타당한 대안으로 재검토한다. 비단순 연결된 내부 다양체를 이용한 칼루자-클라인 수축을 통해, 이 모델은 진공 에너지 상쇄, Fischler-Susskind 메커니즘에 의한 니드론 안정화, 그리고 이중 Fermion 포털을 통해 이루어지는 어둠의 구슬기로써의 어둠의 물질 실현을 달성한다. 게다가, 게이지-힉스 통합과 안정화된 효과적 포텐셜은 모듈라 필드를 포함한 수축된 작용에서 유도된다.

ABSTRACT

We revisit the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model in light of LHC and Dark Energy data. Recently nonsupersymmetric models have become of great interest because the LHC has not found evidence of supersymmetry. In addition nonsupersymmetric models with a single Higgs-like field and small one loop vacuum energy have been constructed. Also models of dark energy with a dilaton-radion potential have also been recently examined in the light of dark energy data and the swampland conjecture. In this paper some of the features of the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model with regards to high energy physics and cosmology such as dark energy, vacuum stablilization, dark matter candidates, dark matter portals, gauge-Higgs unification, and quantum cosmology are examined in the context of the LHC and dark energy era.

연구 동기 및 목표

• 저에너지 초대칭의 증거가 없는 상황에서 $SO(16)\times SO(16)'$ 초대칭이 아닌 모델을 타당한 기본 이론으로 재평가하는 것.
• 비단순 연결된 다양체 위에서의 수축이 10차원에서의 양의 1-loop 진공 에너지가 존재하더라도 4차원 우주상수를 낮추는 방식을 설명하는 것.
• Fischler-Susskind 메커니즘이 초대칭이 없을 경우에도 니드론 타드포일을 제거하고 니드론 및 모듈라 필드를 안정화시키는 역할을 하는지 조사하는 것.
• 보편 및 숨겨진 세부계열 간의 상호작용을 가능하게 하는 이중 Fermion 포털을 통해 어둠의 물질 후보(어둠의 구슬기 등)를 탐색하는 것.
• 양자 우주론 및 Wheeler-DeWitt 방정식의 맥락에서 게이지-힉스 통합과 효과적 포텐셜의 의미를 분석하는 것.

제안 방법

• Atiyah-Singer 지수 정리에 따라 $S^6$, $S^4\times S^2$, $CP^3$와 같은 6차원 다양체 위에서 $SO(16)\times SO(16)'$ 모델을 수축하여 4차원 페르미온 세대를 도출하는 것.
• Fischler-Susskind 메커니즘을 활용해 니드론 타드포일을 제거하고, 비영이 아닌 니드론 포텐셜과 질량을 생성함으로써 초대칭이 없을 경우에도 니드론 필드를 안정화시키는 것.
• 칼루자-클라인 스칼라, 게이지 필드, 모듈라를 포함한 4차원 효과적 작용을 구성하고, 해밀토니안 제약과 Wheeler-DeWitt 방정식을 도출하는 것.
• 다이나믹 변수로 $\varphi$, $a$, $b$를 포함한 2차원으로 단순화된 작용에서 메트릭, 니드론, 라디온 필드의 해밀토니안 제약 및 캐논ical 운동량을 유도하는 것.
• 효과적 포텐셜 $V(\varphi + 4\log b)$의 분석과 고에너지 영역에서의 행동을 다루며, 플럭스 및 곡률 항의 기여를 포함하는 것.
• 2차원 니드론 중력 및 행렬 모델에 영감을 받은 파동함수 $\Psi_f$와 $\Psi'_{f'}$의 초위상 중첩을 이용한 횡단 가능한 웜홀을 가로질러 얽힌 양자 상태의 탐구.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10차원에서 큰 양의 진공 에너지가 존재하더라도 $SO(16)\times SO(16)'$ 초대칭이 아닌 모델이 4차원에서 작은 우주상수를 일관되게 설명할 수 있는가?
• RQ2 초대칭이 없을 경우 Fischler-Susskind 메커니즘이 어떻게 니드론 및 모듈라 필드를 안정화시키는가?
• RQ3 이 모델에서 가능한 어둠의 물질 후보는 무엇이며, 이들은 이중 Fermion 포털을 통해 보편 세부계열과 어떻게 상호작용하는가?
• RQ4 이 초대칭이 아닌 프레임워크에서 고차원 게이지 필드의 수축을 통해 게이지-힉스 통합이 어느 정도 실현될 수 있는가?
• RQ5 Wheeler-DeWitt 방정식 및 파동함수의 초위상 중첩과 같은 양자 우주론적 제약 조건이 수축된 이론의 역학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 내부 다양체의 오일러 특성수에 따라 $SO(16)\times SO(16)'$ 모델은 4차원에서 1~4개의 페르미온 세대를 실현하며, $S^6$는 한 세대를, $CP^3$ 또는 $Flag$는 세 세대를 생성한다.
• Fischler-Susskind 메커니즘은 니드론 타드포일을 성공적으로 제거하고, 비영이 아닌 니드론 포텐셜과 질량을 생성함으로써 초대칭이 없을 경우에도 니드론 필드를 안정화시킨다.
• 어둠의 물질은 어둠의 구슬기로 실현되며, 이중 Fermion 포털 필드가 보편 및 숨겨진 세부계열 간의 상호작용을 매개함으로써 실험 및 천체물리학적 제약 조건을 모두 충족시킨다.
• 수축된 이론의 효과적 포텐셜은 곡률, 플럭스, 모듈라 기여를 포함하며, $a$, $b$, $\varphi$를 포함한 2차원으로 단순화된 작용에서 해밀토니안 제약이 유도된다.
• Wheeler-DeWitt 방정식은 $H_0 \Psi_f(a,b,\varphi) = 0$ 형태로 구성되며, 웜홀을 가로질러 초위상 및 얽힌 상태를 허용함으로써 초기 우주에서 양자 중력 효과가 존재할 수 있음을 시사한다.
• 이 모델은 초대칭 이론에서 볼 수 없는 방식으로 고차원 곡률과 플럭스를 통해 10차원에서의 큰 진공 에너지를 상쇄함으로써 4차원 우주상수를 감소시키는 메커니즘을 제공한다.