[논문 리뷰] High Temperature Symmetry Breaking, SUSY Flat Directions, and the Monopole Problem

G. Dvali, Lawrence M. Krauss|ArXiv.org|1998. 11. 10.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 초대칭 평탄한 방향이 온도에 의해 유도되는 차원 전환을 통해 임의로 높은 온도에서 대칭 자동 깨짐을 유도할 수 있으며, 이로 인해 게이지 대칭이 깨진 상태(예: 전하)를 가진 최소값이 형성된다고 제안한다. 그 결과, 자기 단극자가 동적으로 생성되지 않게 되어, 인플레이션의 역사를 또는 GUT 상전이 시점과 관계없이 단극자 문제를 해결한다.

ABSTRACT

Supersymmetric flat directions allow a generic counterexample to the phenomenon of symmetry restoration at high temperatures. We show that (exponentially) large VEVs can be developed along these directions through temperature-induced `dimensional transmutation'. A minimum with broken gauge charges (e.g. electric charge) can exist at arbitrarily high temperatures. In such a scenario magnetic monopoles are never formed, independent of whether inflation occurs before or after the GUT phase transition, or whether it occurs at all.

연구 동기 및 목표

• 대통합이론(GUT)이 상전이 이후 과도하게 많은 자기 단극자를 예측하는 천체물리학적 단극자 문제를 해결하기 위해.
• 일般적으로 단극자 생성을 방지한다고 여겨지는 고온에서의 대칭 복원이 초대칭 모델에서 어떻게 회피될 수 있는지 조사하기 위해.
• 기존의 기대와는 반대로, 초대칭 평탄한 방향이 고온에서 대칭 깨짐을 가능하게 하는 역할을 할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 인플레이션 없거나 인플레이션의 시점이 지연된 경우에도 단극자 생성을 피할 수 있는지 판단하기 위해.

제안 방법

• 평탄한 방향을 가진 초대칭 이론에서의 효과적 포텐셜을 분석하며, 온도에 의존하는 보정에 중점을 둔다.
• 고온에서 큰 진공 기대값(VEV)이 형성되는 메커니즘—온도에 의해 유도되는 차원 전환—를 규명한다.
• 효과적 포텐셜이 임의로 높은 온도에서도 유한한 VEV를 가진 최소값을 가지며, U(1) 전하와 같은 게이지 대칭이 깨지는 것을 입증한다.
• 이 대칭 깨짐은 GUT 상전이와 관계없이 발생하며, 인플레이션 역사는 영향을 미치지 않는다.
• 차원 분석과 열장 이론을 사용하여 포텐셜의 온도 의존성을 유도하며, 비정상적인 최소값을 드러낸다.
• 특히, 고온에서의 천체물리적 영향을 고려하여, 진짜 상전이와 보존된 게이지 대칭이 없는 상황에서 위상 결함이 존재하지 않아 단극자 생성이 일어나지 않는다는 점을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초대칭 평탄한 방향이 임의로 높은 온도에서 대칭 자동 깨짐을 유도할 수 있는가?
• RQ2 평탄한 방향을 가진 초대칭 모델에서 고온에서의 대칭 복원이라는 전통적 가정이 무너지는가?
• RQ3 인플레이션이나 특정한 GUT 상전이 시점에 의존하지 않고도 단극자 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ4 온도에 의해 유도되는 차원 전환은 평탄한 방향을 따라 큰 VEV를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 깨진 게이지 대칭을 가진 고온 최소값이 존재함으로써 자기 단극자의 형성이 방지되는가?

주요 결과

• 초대칭 평탄한 방향은 온도에 의해 유도되는 차원 전환 덕분에 고온에서 지수적으로 큰 진공 기대값(VEV)이 형성될 수 있다.
• 임의로 높은 온도에서도 깨진 게이지 대칭(예: U(1) 전하)를 가진 효과적 포텐셜의 최소값이 존재하며, 이는 표준적인 대칭 복원 기대를 위반한다.
• 이 시나리오에서는 인플레이션의 유무나 GUT 상전이 시점과 관계없이 자기 단극자가 생성되지 않는다.
• 이 메커니즘은 GUT 모델의 세부 사항이나 인플레이션의 존재 여부와 무관하게 작용하므로, 단극자 문제에 대한 일반적인 해결책을 제공한다.
• 초대칭, 평탄한 방향, 열 보정의 상호작용으로 인해 고온에서도 안정된 깨진 상이 유지된다.
• 단극자 생성의 부재는 진짜 상전이와 보존된 게이지 대칭이 없는 상황에서 위상 결함이 존재하지 않기 때문에 직접적인 결과이다.