[논문 리뷰] Dilaton stabilization and composite dark matter in the string frame of heterotic-M-theory

Andrea Zanzi|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 14.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 60인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 브레인월드 설정 내에 캐멀레오닉 스트링 프레임 모델을 통합함으로써 헤테로지틱-M-이론에서 다이톤 안정화와 복합 어두운 물질을 위한 메커니즘을 제안한다. 스트링 프레임 다이톤의 안정화 잠재력의 기원으로 질량이 있는 배경 스피너(무색 중성미온)의 카시미르 에너지를 규명하고, 어두운 물질 라그랑지안이 중성미온 쌍 응집을 갖는 진동수 이론과 유사한 구조를 띠며, 등온 변환과 양자 보정을 통한 고차원 프레임워크 내에서 우주론적 상수 문제의 상향식 실현을 제시한다.

ABSTRACT

In this paper we further elaborate on our recently proposed solution to the cosmological constant problem - Phys. Rev. D82 (2010) 044006. One of the elements of the solution is the chameleonic behaviour of the Einstein frame dilaton: the mass of the dilaton is an increasing function of the matter density. In that model, a proper structure of the string-frame form factors in the strong coupling region of string theory is assumed. In particular, a stabilizing potential of the string frame dilaton is present and it is supposed to be the result of a quantum calculation. Our main purpose in this article is to point out that the lagrangian of the chameleonic model for the dilaton can be embedded, to a large extent, in heterotic-M-theory. We illustrate some theoretical grounds that support the ansatz about the form factors. In this paper, we break bulk supersymmetry with a massive sterile spinor field (i.e. a bulk neutrino field) and, under certain assumptions about the full M-theory action, we point out the Casimir origin of the stabilizing potential for the string frame dilaton (particular attention is dedicated to the role of the conformal transformations involved). Moreover, we point out the similarity between the string frame dark matter lagrangian and a Ginzburg-Landau lagrangian with sterile neutrino pairs playing the role of dark matter particles. However, more research efforts are necessary to connect the bulk spinor (neutrino) lagrangian with the Ginzburg-Landau lagrangian through direct calculations. A phenomenological test of these ideas is definitely required.

연구 동기 및 목표

• 다이톤에 대한 캐멀레오닉 스트링 프레임 모델을 헤테로지틱-M-이론 내에서 상향식 이론적 통합을 제공하기 위해.
• 질량이 있는 배경 스피너 장(무색 중성미온)의 카시미르 에너지를 통해 스트링 프레임 다이톤의 안정화 잠재력의 양자 기원을 규명하기 위해.
• 스트링 프레임 어두운 물질 라그랑지안과 중성미온 쌍 응집을 통한 진동수 이론 효과 이론 간의 연결 고리를 탐색하기 위해.
• 다이톤 안정화 및 캐멀레오닉 행동의 맥락에서 스트링 프레임과 아인슈타인 프레임 간의 등온 변환의 역할을 명확히 하기 위해.
• 현상학적 검증을 위한 기초를 마련하고, 에이크피로틱 시나리오 또는 강한 결합 영역 역학과의 추가 연결 고리를 모색하기 위해.

제안 방법

• 11차원 중력 결합 상수 $k^2$ 에 대한 고차항 보정이 M-이론 전체 액션에 포함되어 있음을 가정하며, 다이톤 운동에너지 및 비최소 결합 항의 형태를 유지한다.
• 질량이 있는 무색 스피너 장(배경 중성미온)을 통해 배경 초대칭 붕괴를 도입하고, 카시미르 에너지의 원천으로 모델링한다.
• 참고문헌 [13]의 백 모델 분석을 적용하여 백 프레임에서의 카시미르 에너지를 계산하고, 등온 변환을 통해 스트링 프레임으로 매핑한다.
• 카시미르 에너지로부터 효과적인 스트링 프레임 다이톤 잠재력을 유도하고, 그 안정화 역할을 보여준다.
• 스트링 프레임에서의 어두운 물질 라그랑지안을 진동수 이론과 비교하여, 무색 중성미온 쌍이 복합 어두운 물질 구성 요소로 작용함을 규명한다.
• 모듈라 스페이스 근사법을 사용하여 중력 및 물질 섹터를 분리함으로써 다이톤의 캐멀레오닉 유사 행동을 분석할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 캐멀레오닉 모델에서 스트링 프레임 다이톤의 안정화 잠재력은 헤테로지틱-M-이론 내에서 양자 보정으로부터 유도될 수 있는가?
• RQ2 고차원 프레임워크 내에서 스트링 프레임의 다이톤에 대한 비최소 결합 및 운동에너지 항의 기원은 무엇인가?
• RQ3 5차원 브레인월드 설정에서 질량이 있는 배경 스피너 장의 카시미르 에너지는 어떻게 스트링 프레임 다이톤의 안정화 잠재력을 생성하는가?
• RQ4 스트링 프레임 어두운 물질 라그랑지안은 어느 정도 무색 중성미온 응집을 갖는 진동수 이론 효과 이론으로 해석될 수 있는가?
• RQ5 이 모델에서 백 프레임, 스트링 프레임, 아인슈타인 프레임 간의 연결에 있어 등온 변환의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• 5차원 브레인월드 설정에서 질량이 있는 배경 스피너 장의 카시미르 에너지는 스트링 프레임 다이톤의 안정화 잠재력의 양자 기원을 제공한다.
• 이 안정화 잠재력은 BPS 조건을 위반하는 M-이론 액션의 고차항 보정으로부터 기인하며, 비-BPS 및 비 척도 불변 배경을 이룬다.
• 이러한 고차항 보정 동안 스트링 프레임 다이톤의 운동에너지 및 비최소 결합 항은 형식적으로 변화하지 않는다.
• 스트링 프레임에서의 어두운 물질 라그랑지안은 진동수 이론과 유사하며, 무색 중성미온 쌍이 복합 스칼라 응집체를 형성한다.
• 잠재력의 최소점에서 다이톤 장 $\phi$ 와 물질 장 $\Phi$ 는 약간의 근사로 일치한다, $\phi \simeq \Phi$, 이는 안정화 메커니즘의 일관성을 지지한다.
• 모델은 아인슈타인 프레임에서의 정밀 조정이 필요 없으며, 다이톤의 캐멀레오닉 행동 덕분에 우주론적 상수가 제어 가능하다.