[논문 리뷰] The String Landscape, the Swampland, and the Missing Corner

T. Daniel Brennan, Federico Carta외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 02.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 81인용 수 79

한 줄 요약

논문은 string landscape와 swampland에 대한 개요를 제공하고, 중력과 함께 적용될 때 많은 이론이 일관성 있어 보이나 실패하는 이유를 조사하며, dualities와 holography를 논의하고, 문자열 이론의 dualities에서 빠진 구석과 직접적인 양자 중력 정의를 향한 추진을 강조한다.

ABSTRACT

We give a brief overview of the string landscape and techniques used to construct string compactifications. We then explain how this motivates the notion of the swampland and review a number of conjectures that attempt to characterize theories in the swampland. We also compare holography in the context of superstrings with the similar, but much simpler case of topological string theory. For topological strings, there is a direct definition of topological gravity based on a sum over a "quantum gravitational foam." In this context, holography is the statement of an identification between a gravity and gauge theory, both of which are defined independently of one another. This points to a missing corner in string dualities which suggests the search for a direct definition of quantum theory of gravity rather than relying on its strongly coupled holographic dual as an adequate substitute (Based on TASI 2017 lectures given by C. Vafa).

연구 동기 및 목표

• 스트링 컴팩션으로부터 발생하는 저에너지 이론의 풍경과 많은 이론이 일관되어 보이지만 중력과 결합될 때 실패하는 이유를 요약한다.
• swampland와 landscape를 구분하는 가설과 그것들의 잠재적 물리적 예측에 대해 논의한다.
• 차원과 SUSY 수준에 걸친 컴팩션에서 이중성들이 어떻게 연결되는지 검토하고, 위상 문자열의 holography를 전 문자열 이론과 대조한다.
• 위상 문자열 이론과 전체 문자열 이론을 비교하여 holographic duals를 넘어선 양자 중력의 직접 정의의 필요성을 설명한다.

제안 방법

• 스트링 이론의 컴팩션과 안정성을 유지하는 데 있어 SUSY의 역할을 검토한다.
• 차원 간의 이중성과 섬유화된 기하학을 연결하는 adiabatic 원칙을 사용한다.
• 컴팩션 공간으로서 Calabi-Yau, G2, Spin(7) 및 기타 홀로노미 manifolds를 논의한다.
• topological strings의 holography(gravity ≈ non-commutative U(1) gauge theory dual to CS theory)와 전체 문자열 이론에서의 직접 양자 중력 정의의 부재를 비교한다.
• swampland 가설을 살아 있는 이론과 일관되지 않은 이론을 구분하는 기준으로 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력과 결합될 때 스트링 풍경의 이론과 swampland의 이론을 구분하는 기준은 무엇인가?
• RQ2 다양한 문자열 이중성이 차원별 및 SUSY 수준의 컴팩션에서 어떻게 지속되며, 이것이 기본 이론에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 topological string theory가 holography와 직접 양자 중력 정의의 탐구에 대해 우리에게 무엇을 가르쳐 주는가?
• RQ4 문자열 이중성의 '빠진 코너'의 본질은 무엇이며, 직접적인 양자 중력 형식은 어떻게 실현될 수 있는가?

주요 결과

• 일련의 가설은 swampland를 landscape에서 구분하는 데 목적을 두고 있으며 구체적인 관측 예측으로 이어질 수 있다.
• 다양한 SUSY 양과 차원을 보존하는 컴팩션은 이중성을 통해 서로 연결되며, adiabatic 방법은 고차원 이중성을 저차원 이중성으로 연결한다.
• Topological string theory는 CS 이론과의 비가환 U(1) 게이지 이론으로 묘사되는 양자 중력 거품을 통한 holographic 사전을 제공하여 전체 문자열 holography와의 차이를 제시한다.
• 전체 문자열 이론에서 양자 중력의 직접 정의는 존재하지 않으며, holography는 근본 구성보다는 대체 수단으로 작용한다.
• Calabi-Yau 및 관련 홀로노미 매뉴폴드는 보존되는 SUSY와 결과적인 4D 물리학을 결정하는 중요한 요소로 작용하며, landscape 대 swampland 고려를 이끈다.
• 강의는 동일한 SUSY와 차원을 가진 많은 컴팩션이 상호 간에 이중성을 가져야 한다는 점을 강조하며, 연결된 문자열 이론의 촘촘한 망을 보여준다.