[論文レビュー] Dark Horse, Dark Matter: Revisiting the SO(16)x SO(16)' Nonsupersymmetric Model in the LHC and Dark Energy Era

Michael R. McGuigan|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、LHCのデータが超対称性の証拠を示さないことを踏まえ、非超対称的 $SO(16)\times SO(16)'$ モデルを超対称性の統一理論の代替案として再評価する。カルラツァ＝クラインのコンパクト化を、単連結でない内部多様体を用いて実行することで、真空エネルギーのキャンセレーションが達成され、ディラトンはフィシュラー＝シュスキット機構によって安定化され、ダークマターはバイフェルミオンポータルを介したダークグルーオイルとして実現される。また、ゲージ＝ヒッグス統一と安定化された有効ポテンシャルは、コンパクト化された作用から導かれるモジュライ場を介して得られる。

ABSTRACT

We revisit the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model in light of LHC and Dark Energy data. Recently nonsupersymmetric models have become of great interest because the LHC has not found evidence of supersymmetry. In addition nonsupersymmetric models with a single Higgs-like field and small one loop vacuum energy have been constructed. Also models of dark energy with a dilaton-radion potential have also been recently examined in the light of dark energy data and the swampland conjecture. In this paper some of the features of the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model with regards to high energy physics and cosmology such as dark energy, vacuum stablilization, dark matter candidates, dark matter portals, gauge-Higgs unification, and quantum cosmology are examined in the context of the LHC and dark energy era.

研究の動機と目的

• LHCによる低エネルギー超対称性の証拠がない状況下で、$SO(16)\times SO(16)'$ の非超対称的モデルを有効な基本理論として再評価すること。
• 単連結でない多様体へのコンパクト化が、10次元での正の1ループ真空エネルギーがあるにもかかわらず、4次元の宇宙定数を小さく抑える仕組みをどのように実現するかを検討すること。
• 超対称性が存在しない状況下で、フィシュラー＝シュスキット機構がディラトンとモジュライ場の不安定性をどのように除去し、安定化を実現するかを調査すること。
• ダークグルーオイルのようなダークマター候補と、可視系と隠れた系を接続するバイファンクターメタルフェルミオンポータルの役割を検討すること。
• 量子宇宙論の文脈において、ゲージ＝ヒッグス統一と有効ポテンシャルの意味を、ホワイト＝デウィット方程式の観点から分析すること。

提案手法

• $S^6$、$S^4\times S^2$、$CP^3$ などの6次元多様体への $SO(16)\times SO(16)'$ モデルのコンパクト化により、アティヤ＝シンガーのインデックス定理を用いて4次元のフェルミオン世代を生成すること。
• フィシュラー＝シュスキット機構を用いてディラトンのタドポールをキャンセルし、非ゼロのディラトンポテンシャルと質量を生成し、超対称性がなくてもディラトン場を安定化させること。
• カーラツァ＝クラインスカラー、ゲージ場、モジュライを含む4次元の有効作用を構築し、ハミルトニアン制約とホワイト＝デウィット方程式を導出すること。
• $\varphi$、$a$、$b$ を動的変数とする2次元に簡略化された作用において、計量、ディラトン、ラディオン場のハミルトニアン制約と正準運動量を導出すること。
• 有効ポテンシャル $V(\varphi + 4\log b)$ の大エネルギー領域における振る舞いを分析し、フラックス項と曲率項の寄与を含むこと。
• 2次元のディラトン重力と行列モデルにインspiredされた、波動関数 $\Psi_f$ と $\Psi'_{f'}$ の重ね合わせを用いた、透過可能ワームホールを横切る量子もつれ状態の探索。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10次元での大きな正の真空エネルギーがあるにもかかわらず、$SO(16)\times SO(16)'$ の非超対称的モデルが、4次元の宇宙定数を小さく安定的に実現できるか。
• RQ2 超対称性が存在しない状況下で、フィシュラー＝シュスキット機構がどのようにディラトンとモジュライ場を安定化させるか。
• RQ3 このモデルにおける有効なダークマター候補は何か。また、フェルミオンポータルを介して可視系とどのように相互作用するか。
• RQ4 この非超対称的枠組みにおいて、高次元ゲージ場のコンパクト化から、ゲージ＝ヒッグス統一がどの程度実現可能か。
• RQ5 ホワイト＝デウィット方程式や波動関数の重ね合わせといった、量子宇宙論的制約が、コンパクト化理論の力学にどのように影響を与えるか。

主な発見

• $SO(16)\times SO(16)'$ モデルは、内部多様体のオイラー数に応じて、4次元で1〜4つのフェルミオン世代を実現する。$S^6$ では1世代、$CP^3$ や $Flag$ では3世代が得られる。
• フィシュラー＝シュスキット機構により、ディラトンのタドポールが効果的にキャンセルされ、非ゼロのディラトンポテンシャルと質量が生成され、超対称性がなくてもディラトン場が安定化される。
• ダークマターはダークグルーオイルとして実現され、バイフェルミオンポータル場が可視系と隠れた系の間の相互作用を媒介し、加速器実験および天体的観測による制約が可能になる。
• コンパクト化理論における有効ポテンシャルには、曲率項、フラックス項、モジュライ項の寄与が含まれ、$a$、$b$、$\varphi$ を含む2次元に簡略化された作用におけるハミルトニアン制約が導出される。
• ホワイト＝デウィット方程式は $H_0 \Psi_f(a,b,\varphi) = 0$ の形で定式化され、波動関数の重ね合わせとワームホールを横切るもつれ状態を許容し、初期宇宙における量子重力効果を示唆する。
• このモデルは、10次元の真空エネルギーと余剰次元の曲率・フラックスをバランスさせることで、4次元の宇宙定数を低減するメカニズムを提供するが、これは超対称理論には存在しない特徴である。