[논문 리뷰] Finite Temperature Closed Superstring Theory: Infrared Stability and a Minimum Temperature

Shyamoli Chaudhuri|arXiv (Cornell University)|2001. 05. 23.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 17인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 약한 결합된 10차원 초끈 이론에서 열역학적 변동에 의해 평탄한 시공간이 열역학적으로 불안정하다는 것을 보여주며, 이중 이론에서 자유 끈 집합이 불안정해지는 최소 온도 이하로 끈 이론이 존재함을 밝힌다. 열역학적 이중성 불변의 일주일 차 생성 함수를 사용하여, 자가 dual 온도에서 Kosterlitz-Thouless 유형의 상전이를 식별한다. 반면 SO(16)×SO(16) 헤테로지식 끈 이론은 모든 온도에서 안정적이고 타키온이 없으며, 자가 dual 조건에서 일주일 차 자유 에너지가 0이 된다.

ABSTRACT

We show that flat spacetime is an unstable background of all of the weakly coupled ten-dimensional superstrings under infinitesimal thermal fluctuations in the absence of gauge or antisymmetric tensor field background. We demonstrate this principle in both type II and heterotic closed strings obtaining thermal duality invariant expressions for the normalized generating functional of connected one-loop vacuum graphs and exhibiting a continuous phase transition of the Kosterlitz-Thouless type at the self-dual temperature in the thermodynamic potentials. We find that the type II theory displays the unusual phenomenon of a minimum temperature below which the free string ensemble is unstable. We show that in the presence of a temperature dependent Wilson line the heterotic string theory has a stable and tachyon-free ground state at all temperatures starting from zero with gauge group SO(16)xSO(16). The one-loop contribution to the Helmholtz free energy of free SO(16)xSO(16) heterotic strings vanishes at the self-dual temperature. These results pave the way for an understanding of the spontaneous breaking of thermal duality in closed string theories at strong coupling and the occurence of novel thermal phase transitions in the type I open and closed string theory found in hep-th/0008131 .

연구 동기 및 목표

• 약한 결합된 10차원 초끈 이론에서 열역학적 변동 하에 평탄한 시공간의 열역학적 안정성을 조사하는 것.
• 폐쇄 끈 이론에서 강한 결합 영역에서 열역학적 이중성 대칭이 자동으로 깨지는지 여부를 판단하는 것.
• 게이지 및 윌슨 라인 배경이 유 end 온도에서 헤테로지크 끈 기본 상태를 안정화시키는 역할를 분석하는 것.
• 이중 이론에서 자유 끈 집합이 불안정해지는 최소 온도가 존재하는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 이중 이론과 헤테로지크 폐쇄 끈 이론에서 연결된 일주일 차 진공 그래프의 정규화된 생성 함수에 대한 열역학적 이중성 불변 표현을 유도한다.
• 평탄한 시공간에서 폐쇄 끈의 열역학적 잠재력을 계산하기 위해 유한 온도 장 이론 기법을 적용한다.
• 자기 dual 온도에서의 연속적 상전이를 분석하기 위해 Kosterlitz-Thouless 메커니즘을 프레임워크로 사용한다.
• 온도에 따라 변하는 윌슨 라인을 가진 SO(16)×SO(16) 헤테로지크 끈의 일주일 차 헬름홀츠 자유 에너지를 분석한다.
• 열역학적 변동 하에서 이중 이론과 헤테로지크 끈 이론의 행동을 비교하여 안정 조건을 규명한다.
• 일주일 차 진폭의 일관성을 확보하기 위해 모듈러 불변성과 열역학적 이중성을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약한 결합된 10차원 초끈 이론에서 무한소 열역학적 변동 하에 평탄한 시공간이 안정된 배경인가?
• RQ2 이중 끈 이론에서 자유 끈 집합이 불안정해지는 최소 온도 이하로 존재하는가?
• RQ3 온도에 따라 변하는 윌슨 라인이 헤테로지크 끈 기본 상태의 안정성과 타키온이 없는 성질에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 폐쇄 끈 이론에서 연속적 상전이가 발생하는 온도는 얼마이며, 그 성격은 무엇인가?
• RQ5 자기 dual 온도에서 SO(16)×SO(16) 헤테로지크 끈의 일주일 차 헬름홀츠 자유 에너지 기여는 얼마인가?

주요 결과

• 게이지 또는 반대칭 텐서 배경이 없는 모든 약한 결합 10차원 초끈 이론에서 평탄한 시공간은 열역학적 변동 하에 불안정하다.
• 이중 끈 이론은 자유 끈 집합이 불안정해지는 최소 온도를 보이며, 이는 기본적인 열역학적 절단을 시사한다.
• 자기 dual 온도에서 이중 이론과 헤테로지크 끈 이론의 열역학적 잠재력에 Kosterlitz-Thouless 유형의 연속적 상전이가 발생한다.
• SO(16)×SO(16) 헤테로지크 끈 이론의 일주일 차 헬름홀츠 자유 에너지 기여는 정확히 자기 dual 온도에서 0이 된다.
• 온도에 따라 변하는 윌슨 라인 덕분에 SO(16)×SO(16) 헤테로지크 끈 이론은 모든 온도, 포함해 0 온도에서도 안정적이고 타키온이 없는 기본 상태를 유지한다.
• 일주일 차 생성 함수에서 열역학적 이중성 불변성이 유지되어, 폐쇄 끈 이론의 열역학적 상전이를 일관되게 분석할 수 있다.