[論文レビュー] On Metastable Branes and a New Type of Magnetic Monopole

Herman Verlinde|ArXiv.org|Nov 6, 2006

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 18被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、Calabi-Yau多様体内のトポロジカルに自明な2-サイクルをラップするメタ安定D5-braneから生じる、D-braneを伴う弦コンpactificationにおける新しいクラスの正則的・有限エネルギー磁気モノポールを提案する。これらのモノポールは、3-チェーンに沿ってアンラップする際の量子トンネル効果によるメタ安定ブレーンの崩壊から生じ、1単位の磁気ハイパーチャージを有し、ストリングスケールから数TeVの範囲まで質量をとる。これは低スケールの超対称性破れのシナリオにおいて関連性を有する可能性を示す。

ABSTRACT

String compactifications with D-branes may exhibit regular magnetic monopole solutions, whose presence does not rely on broken non-abelian gauge symmetry. These stringy monopoles exist on interesting metastable brane configurations, such as anti-D3 branes inside a flux compactification or D5-branes wrapping 2-cycles that are locally stable but globally trivial. In brane realizations of SM-like gauge theories, the monopoles carry one unit of magnetic hypercharge. Their mass can range from the string scale down to the multi-TeV regime.

研究の動機と目的

• 非アーベルゲージ対称性の破れに依存しない、弦コンパクト化におけるD-braneを伴う新しいタイプの正則的・有限エネルギー磁気モノポールの特定と特徴付け。
• 反D3-braneを伴うフラックスコンパクト化や、自明な2-サイクル上に配置されたD5-braneなどのメタ安定D-brane配置における、これらのモノポールの物理的起源の探求。
• メタ安定D-braneの量子的崩壊と、ブレーンのアンラップに伴うモノポール-反モノポール対の形成との関係の確立。
• D-braneによる標準模型に類似したゲージ理論の実現の文脈において、モノポールの磁気的電荷、質量範囲、安定性などの性質の分析。

提案手法

• トポロジカルに自明な2-サイクルα（α = ∂Γを満たす3-チェーンΓを用いて）をラップするメタ安定D5-braneの解析。
• ブレーンのアンラップに伴うポテンシャル障壁を越える量子トンネル効果として、その崩壊をモデル化。Γが大きい場合には崩壊率が抑制されることを示す。
• D-brane崩壊とモノポール対生成の双対性を用い、ΓをラップするD3-braneをモノポール励起状態として解釈する。
• D5-braneの世界体上におけるニールセン＝オリッセンのフラックスチューブ機構を適用。ここではD3-braneがフラックスチューブとして機能し、モノポール-反モノポール対に崩壊する。
• 既知のハイパーチャージモノポールに対するアンザッツを用いてモノポール解を導出し、ブレーン配置が点源特異性をどのように正則化するかを示す。
• 3-チェーンΓの幾何学的性質を用いてモノポール質量を推定。非常に歪みが強い状況では概算下限として約100 TeVが得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非アーベルゲージ対称性の破れを要件としない弦コンパクト化において、正則的・有限エネルギー磁気モノポールが存在しうるか？
• RQ2 メタ安定D-braneがどのように磁気モノポール励起を生じる物理的メカニズムを有するか？
• RQ3 自明な2-サイクルをラップするメタ安定D5-braneの量子的崩壊が、どのようにモノポール対の生成を引き起こすか？
• RQ4 D-braneによる標準模型に類似したゲージ理論の実現において、これらのモノポールがどの程度の磁気的電荷を有するか？
• RQ5 このようなモノポールの質量範囲は何か？また、コライダー実験で観測可能ほどの軽い質量をとる可能性はあるか？

主な発見

• これらのモノポールは、トポロジカルに自明な2-サイクルをラップするメタ安定D-braneの量子トンネル効果的崩壊から生じる正則的・有限エネルギー解である。
• これらのモノポールは1単位の磁気ハイパーチャージを有し、自明な2-サイクルを境界とする3-チェーンΓをラップするD3-braneとして実現される。
• モノポール質量はストリングスケールから数TeVの範囲にまで及ぶ可能性があり、非常に歪みが強いコンパクト化では概算下限として約100 TeVが得られる。
• モノポール形成は、D-brane崩壊生成物の凝縮と解釈され、アンラップ後に元のブレーン上の電荷が閉じ込められる。
• ブレーン配置により、標準的なハイパーチャージモノポールアンザッツの点状特異性が除去され、解が正則化される。
• 3-チェーンΓが大きい場合には、メタ安定D-braneの崩壊率が指数関数的に抑制され、長寿命だが量子力学的に不安定な状態が実現される。