[논문 리뷰] Instability of Near-Extremal Black Holes Dual to Strongly Coupled Field Theories on Flat Spacetime

Brett McInnes|arXiv (Cornell University)|2009. 05. 08.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 33인용 수 3

한 줄 요약

논문은 근극한 AdS 블랙홀이 평탄한 시공간 양자장이론과 이중성을 가지며 전하가 극한에 가까우나 그 이하일 때 비미세적 끈 효과로 인해 불안정하다는 것을 보여준다. 이 불안정성은 블랙홀 온도에 하한을 두며, 온도로 정규화된 화학포텐셜에 약 0.49의 상한을 둔다. 이는 이중 양자장이론에서 KSS 상수 위반을 얼마나 심각하게 악화시킬 수 있는지를 제한한다.

ABSTRACT

We show that AdS black holes dual to field theories on flat spacetime, as used in applications of the AdS/CFT correspondence to QCD and condensed matter physics, are unstable to non-perturbative string effects when the charge approaches, but is still strictly less than, the extremal limit. In other words, stability imposes a lower bound on the temperature of such black holes. This addresses the concern that the black hole might have an entropy which is bounded away from zero, accompanied by an arbitrarily small temperature; a state of affairs which does not seem reasonable on the field theory side of the correspondence. It also puts an interesting upper bound on the temperature-normalized chemical potential of the field theory: in the normalization of Myers et al., it must be less than approximately 0.49. Thus, the extent to which a chemical potential can worsen violations of the KSS bound is severely restricted.

연구 동기 및 목표

• 근극한 블랙홀이 근영도 온도를 가지지만 비영일 수 있는 AdS/CFT 이중성에서의 물리적 모순을 해결하기 위해.
• 특히 극한 근처에서의 극도로 강한 상호작용을 가진 장이론에 대응하는 블랙홀의 안정성을 조사하기 위해.
• 전하가 극한에 가까울 때 비미세적 끈 효과가 이러한 블랙홀을 불안정하게 하는지 여부를 규명하기 위해.
• 이중 양자장이론에서 온도로 정규화된 화학포텐셜을 제약하기 위해.

제안 방법

• 극한에 가까우나 그 이하인 전하를 가진 블랙홀에 대해 AdS/CFT 이중성을 분석하기 위해.
• 특히 D-브레인 인스턴턴 과정을 포함한 비미세적 끈 효과를 적용하여 블랙홀 안정성을 평가하기 위해.
• Myers 등이 제안한 정규화 체계를 사용하여 화학포텐셜을 온도로 정규화된 단위로 표현하기 위해.
• 블랙홀이 불안정해지는 조건을 평가하여 온도에 하한을 두기 위해.
• 불안정성 한계에서부터 온도로 정규화된 화학포텐셜에 대한 임계 상한을 유도하기 위해.
• 장이론 측과 중력 측을 비교하여 엔트로피 및 열역학적 거동에서 일관성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AdS 블랙홀의 근극한 근처에서 평탄한 시공간 장이론과 이중성을 가지는 블랙홀은 비미세적 끈 효과에 의해 안정적인가?
• RQ2 비미세적 끈 효과로 인한 불안정성으로 인해 이러한 블랙홀이 가질 수 있는 최소 온도는 얼마인가?
• RQ3 중력적 불안정성은 이중 양자장이론에서 화학포텐셜을 어떻게 제약하는가?
• RQ4 장이론에서 화학포텐셜이 KSS 상수 위반을 얼마나 악화시킬 수 있는가?
• RQ5 무한히 낮은 온도에서 비영 엔트로피를 가지는 것이 근극한 영역에서 장이론 이중성과 모순되지 않는가?

주요 결과

• 근극한 AdS 블랙홀이 평탄한 시공간 장이론과 이중성을 가지며 전하가 극한에 가까우나 그 이하일 때 비미세적 끈 효과로 인해 불안정하다.
• 이 불안정성은 블랙홀 온도에 하한을 두어 비영 엔트로피를 유지하면서도 온도가 0에 가까워지는 것을 방지한다.
• Myers 등의 정규화 체계에 따르면, 이중 양자장이론에서 온도로 정규화된 화학포텐셜은 약 0.49 이하로 제한된다.
• 이 제약는 화학포텐셜이 이중 양자장이론에서 KSS 상수 위반을 얼마나 심화시킬 수 있는지를 제한한다.
• 이 결과는 근영도 온도를 가지며 비영 엔트로피를 가진 블랙홀이 장이론 측면에서 물리적으로 비합리하다는 점에서 AdS/CFT 이중성의 물리적 모순을 해결한다.
• 분석은 극한에 무한히 가까이 다가가지 않으면서도 이러한 이중 장이론에서 불안정성이 발생할 수 있음을 확인한다.