[논문 리뷰] SUSY Breaking, Cosmology, Vacuum Selection and the Cosmological Constant in String Theory

T. Banks|ArXiv.org|1996. 01. 26.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 끈 이론에서 올바른 진공 상태를 선택하는 데 있어 천체물리적 제약, 특히 타당한 인플레이션 시나리오의 요구 조건과 영구적인 우주상수의 필요성에 기반하여, 낮은 에너지에서의 초대칭(SUSY) 위반보다는 은신 세트 초대칭(SUSY) 위반을 선호한다고 제안한다. 이는 은신 세트 SUSY 위반이 도파민을 자연스럽게 안정화시키고 관측 가능한 범위에 가까운 우주상수를 초래하는 반면, 낮은 에너지에서의 SUSY 위반은 우주론적으로 문제를 일으키는 가벼운 도파민과 공진화된 힘을 초래한다고 주장한다.

ABSTRACT

This is the written version of a talk given at the Santa Barbara Workshop on Supersymmetry in December of 1995. It summarizes a collection of results on superstring cosmology obtained by the author and various collaborators, and contains some speculations about the resolution of the cosmological constant and vacuum selection problems in string theory.

연구 동기 및 목표

• 끈 이론에서 올바른 진공 상태를 선택하는 물리 원리를 규명하고, 천체물리학이 단지 양자장론을 넘어서 필수적임을 주장한다.
• 비초기적 보정이 Kähler 포텐셜에 영향을 주는 방식을 통해 도파민의 달아나는 문제를 해결함으로써, 약한 결합 영역에서 도파민이 안정화될 수 있음을 보여주는 Dine-Seiberg 문제를 해결한다.
• 네 개의 큰 시공간 차원과 붕괴된 초대칭이 천체물리적 선택 원리의 결과로 나타나는 이유를 설명한다.
• 낮은 에너지에서의 SUSY 위반이 끈 이론에서 얼마나 타당한지 평가하며, 특히 도파민이 가벼워서 우주론적 문제를 일으키는 점을 강조한다.
• 허프만 원리에 기반해 우주상수를 추정하고, 추정 결과가 초대칭 위반 메커니즘에 따라 달라진다.

제안 방법

• 끈 이론의 효과적 장론 이론(EFTS)을 사용하며, 끈 스케일 근처의 약한 결합 조건을 기본 가정으로 삼는다.
• 해석성과 S dualit의 제약 조건을 적용하여 도파민의 초위상이 순수한 지수 함수로 지배되며, 비초기적 보정이 Kähler 포텐셜에 의해 안정화됨을 주장한다.
• 행렬 모델과 끈 장 이론의 논리를 활용하여 비초기적 보정의 크기를 $e^{-c/g}$ 수준으로 추정하며, $c \sim 1$임을 가정한다.
• 허프만 원리를 적용해 우주상수 추정에 대해 추측하며, 은신 세트 vs. 낮은 에너지 SUSY 위반 시나리오를 비교한다.
• 도파민 질량과 상호작용이 천체물리적 재가열과 공진화된 힘에 미치는 영향을 분석하며, 힘의 범위에 대한 실험적 제약 조건을 활용한다.
• 비초기적 및 초기적 양자장론 기법을 사용하여, Kähler 포텐셜 전개의 고차항 행동을 탐색하며, Borel 변환과 등각 변환을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 끈 이론은 네 개의 큰 시공간 차원과 붕괴된 초대칭을 가진 진공을 선택하는가?
• RQ2 Dine-Seiberg의 달아나는 문제에도 불구하고, 약한 결합 영역에서 도파민이 어떻게 안정화될 수 있는가?
• RQ3 낮은 에너지에서의 SUSY 위반이 끈 이론에서 도파민과 관련해 어떤 천체물리적 결과를 초래하는가?
• RQ4 허프만 원리에 기반해 끈 이론에서 우주상수를 추정할 수 있는가?
• RQ5 천체물리학적 관점에서 은신 세트 SUSY 위반은 낮은 에너지 SUSY 위반보다 왜 선호되는가?

주요 결과

• 충분한 e-foldings를 확보할 수 있는 타당한 인플레이션 시나리오의 요구 조건은 우주상수가 0이거나 관측 가능한 한계 근처에 있는 진공을 선택한다.
• 은신 세트 SUSY 위반은 현재 관측 가능한 한계에 가까운 우주상수 추정치를 도출하지만, 낮은 에너지 SUSY 위반은 관측적으로 관련이 없는 너무 작은 값을 도출한다.
• 낮은 에너지 SUSY 위반은 매우 가벼운 도파민을 초래하며, 이는 밀리미터에서 센티미터 범위의 공진화된 힘을 매개하여 천체물리적 재가열 문제를 야기한다.
• 비초기적 보정, 가능하면 $e^{-1/g}$ 수준의 Kähler 포텐셜 보정은 초위상이 초기적으로 유지되는 동안에도 도파민을 안정화시킬 수 있다.
• 비초기적 보정에 차원에 따라 달라지는 $4\pi$의 거듭제곱이 없음을 고려하면, 끈 이론과 양자장론 간의 전개 매개변수 기원에 근본적인 차이가 있음을 시사한다.
• 허프만 원리가 유효하다면, 표준 양자장론적 기대치에서 우주상수의 자연스러움을 뒤엎으며, 그 작은 값이 천체물리적 동역학에 의해 선택된다는 아이디어를 지지한다.