[论文解读] On the low-energy limit of string and M-theory

Hans Peter Nilles|ArXiv.org|Apr 7, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文研究了从弦理论和M理论导出的低能有效场论，重点关注规范耦合统一以及通过 gaugino 束缚产生的超对称性自发破缺。研究表明，M理论在11维区间上的紧化可自然统一规范与引力耦合常数，并在无需微调的情况下生成微小的 gaugino 质量，同时通过具有高衰变常数的M理论轴子为强CP问题提供潜在解决方案。

ABSTRACT

We discuss the possible applications of string theory for the construction of generalizations of the $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$ standard model of strong and electroweak interactions. This includes an investigation of effective $d=4$ dimensional supergravity theories that could be derived from higher dimensional string theories ($d=10$) and M-theory ($d=11$).It is shown how the question of unification of gauge and gravitational coupling constants could find a solution within this framework. The mechanism of hidden sector supersymmetry breakdown and its consequences for the pattern for soft supersymmetry breaking terms are discussed in detail.

研究动机与目标

• 理解弦理论和M理论如何产生与标准模型一致的现实低能有效场论。
• 研究弦理论和M理论框架下规范与引力耦合常数的统一。
• 分析通过 gaugino 束缚实现超对称性破缺的机制及其对软破缺参数的影响。
• 评估M理论紧化是否能解决诸如 gaugino 质量过小和强CP问题等长期难题。
• 探讨M理论方案的理论可行性，包括暗物质和味改变中性流过程。

提出的方法

• 通过维数约化和截断，从d=10杂交弦理论和d=11 M理论推导出d=4的有效超引力理论。
• 分析模场——特别是稀释子(S)和复结构模场(T)——在决定规范与引力耦合常数中的作用。
• 应用 gaugino 束缚机制以动力学方式破缺超对称性，从而在有效理论中生成软破缺项。
• 研究非微扰效应（如世界面瞬子）对轴子势能和CP破坏的影响。
• 考虑杂交弦理论的强耦合极限，此时其对偶的M理论紧化于11维区间显现。
• 使用重整化群方法计算标量质量的量子修正，评估其在抑制味改变中性流过程中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 M理论在11维区间上的紧化能否自然统一规范与引力耦合常数？
• RQ2 在强耦合杂交弦极限下，gaugino 束缚如何导致现实的软超对称性破缺参数？
• RQ3 M理论框架能否通过高尺度轴子解决强CP问题？
• RQ4 味改变中性流过程与暗物质遗迹密度对M理论启发模型中的标量质量谱施加了何种约束？
• RQ5 强耦合区中的非微扰效应如何影响轴子势能及其宇宙学可行性？

主要发现

• M理论在11维区间上的紧化导致规范与引力耦合常数在GUT尺度实现统一，稀释子的真空期望值由紧化几何结构决定。
• 在强耦合区域中，gaugino 束缚可生成微小的 gaugino 质量而无需微调，解决了有效场论中长期存在的难题。
• GUT尺度上的标量质量因大gaugino质量而获得统一的量子修正，可消除非统一性，从而抑制味改变中性流过程。
• 模场S和T的虚部的线性组合在强耦合极限下可充当轴子，其衰变常数高达10^16 GeV，可能解决强CP问题。
• M理论轴子可能在暴胀期间贡献标量密度涨落，使其在未来卫星观测中具有潜在可探测性。
• 在强耦合情景下，轻型超对称粒子（LSP），特别是bino，其遗迹丰度可与观测到的暗物质密度相容，原因在于其增强的湮灭截面。