[논문 리뷰] Problems of Naturalness: Some Lessons from String Theory

Michael Dine|ArXiv.org|1992. 07. 14.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 끈 이론을 프레임워크로 삼아 중력이 있는 양자장론에서의 자연스러움 문제—특히 강한 CP 문제, 전역 대칭성, 우주상수 문제—를 다룬다. 약하게 깨진 전역离산 대칭성이 끈 이론 내에서 타당하다고 주장하며, 이산 대칭성을 통한 아키온 해법의 타당성을 뒷받unge하고, QCD 진공 각도 θ가 계산 가능하고 천연적으로 작을 수 있음을 제안함으로써 끈 이론 모델 내에서 강한 CP 문제를 해결할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We consider some questions of naturalness which arise when one considers conventional field theories in the presence of gravitation: the problem of global symmetries, the strong CP problem, and the cosmological constant problem. Using string theory as a model, we argue that it is reasonable to postulate weakly broken global discrete symmetries. We review the arguments that gravity is likely to spoil the Peccei-Quinn solution of the strong CP problem, and update earlier analyses showing that discrete symmetries can lead to axions with suitable properties. Even if there are not suitable axions, we note that string theory is a theory in which CP is spontaneously broken and $θ$ in principle calculable. $θ$ thus might turn out to be small along lines suggested some time ago by Nelson and by Barr.

연구 동기 및 목표

• 양자 중력, 특히 끈 이론의 맥락에서 약하게 깨진 전역 대칭성이 타당한지 조사하는 것.
• 중력을 포함시켰을 때 Peccei-Quinn 해법이 강한 CP 문제에 여전히 일관성 있는지 평가하는 것.
• 끈 이론이 계산 가능하고 천연적으로 작은 QCD 진공 각도 θ를 허용할 수 있는지 탐색하는 것.
• 끈 이론 내의 이산 대칭성이 현상학적으로 타당한 성질을 지닌 아키온을 이끌 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 특히 그들의 약한 깨짐 가능성을 중시하여 끈 이론 내 전역 대칭성의 거동을 분석한다.
• 중력 효과가 Peccei-Quinn 메커니즘과 그 결과로 나타나는 아키온 성질에 끼치는 영향을 검토한다.
• 효과적 장 이론의 구조를 끈 단순화에서 분석하여 아키온 유사 장을 식별한다.
• QCD θ 매개변수는 자유 매개변수일 수 없고, 자발적 CP 위반을 통해 동적으로 작고 자연스럽게 결정될 수 있음을 검토한다.
• 기존의 끈 단순화 결과를 활용하여 아키온 질량을 보호하는 이산 대칭성이 존재할 수 있음을 주장한다.
• Nelson과 Barr가 제안한 θ의 자연스러운 작음 개념을 끈 이론 맥락으로 확장하여, 작은 θ의 동적 기원을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력이 있는 일관된 양자 중력 프레임워크, 예를 들어 끈 이론 내에서 전역 대칭성이 약하게 깨질 수 있는가?
• RQ2 중력을 포함시키면 Peccei-Quinn 해법이 강한 CP 문제에 대해 여전히 타당한가?
• RQ3 끈 단순화 내의 이산 대칭성이 강한 CP 문제를 해결할 수 있는 요구 조건을 충족하는 아키온을 이끌 수 있는가?
• RQ4 끈 이론 내에서 QCD 진공 각도 θ는 계산 가능할 수 있으며, 천연적으로 작을 수 있는가?
• RQ5 끈 이론 내에서 자발적 CP 위반은 작은, 동적으로 생성된 θ 매개변수를 이끌 수 있는가?

주요 결과

• 약하게 깨진 전역 이산 대칭성은 끈 이론의 프레임워크 내에서 일관된다.
• 추가 대칭성 또는 구조가 없으면 중력은 Peccei-Quinn 메커니즘을 파괴할 가능성이 높다.
• 끈 단순화 내의 이산 대칭성은 강한 CP 문제를 해결할 수 있는 적절한 결합 상수와 질량 척도를 지닌 아키온을 이끌 수 있다.
• QCD θ 매개변수는 끈 이론 내에서 계산 가능할 수 있으며, 자발적 CP 위반으로 인해 천연적으로 작을 수 있다.
• 끈 이론은 θ가 정밀 조정 없이도 작을 수 있도록 하는 환경를 제공하며, Nelson과 Barr가 제안한 아이디어와 일관된다.
• 논문은 중력과 양자장론의 맥락에서 자연스러움이 끈 이론 내의 동적 메커니즘을 통해 실현될 수 있다는 아이디어를 지지한다.