[논문 리뷰] On the smallness of the cosmological constant in SUGRA models with Planck scale SUSY breaking and degenerate vacua

C.D. Froggatt, R. Nevzorov외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 19.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 11인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 N=1 초대칭 라그랑지안(SUGRA) 모델에서 우주상수의 작음을 다중 진공의 정확한 degeneracy에서 기인한다고 제안한다. 이 중 하나는 전약 스케일에서, 다른 하나는 플랑크 스케일 근처에 위치한다. 다중점 원리(MPP)를 통해 degeneracy를 강제함으로써, 모델은 플랑크 스케일에서 힉스 4차 상호작용 상수와 그 베타 함수가 자동으로 0으로 수렴하도록 유도하며, 은둔된 섹터에서의 가우지노 응집 현상에 의해 관측된 암흑 에너지 밀도를 재현한다. 이 섹터의 ΛSQCD ≈ ΛQCD/10이다.

ABSTRACT

We argue that the exact degeneracy of vacua in N=1 supergravity can shed light on the smallness of the cosmological constant. The presence of such vacua, which are degenerate to very high accuracy, may also result in small values of the quartic Higgs coupling and its beta function at the Planck scale in the phase in which we live.

연구 동기 및 목표

• SUGRA 모델에서 관측된 작은 우주상수를 진공의 degeneracy를 통해 설명하기 위해.
• 다중점 원리(MPP)가 힉스 포텐셜을 안정화시키고 우주상수를 억제하는 방식을 조사하기 위해.
• 은둔된 섹터에서의 가우지노 응집 현상이 낮은 진공 에너지 밀도를 생성하는 데 어떤 역할을 하는지 탐구하기 위해.
• 관측된 암흑 에너지 스케일을 ΛSQCD ≈ ΛQCD/10를 통해 QCD 스케일과 연결하기 위해.
• 정확한 진공 degeneracy가 물리적 진공에서 λ(MPl) ≈ 0 및 βλ(MPl) ≈ 0을 유도함을 보여주기 위해.

제안 방법

• Kähler 잠재력 K와 초위상력 W를 가진 N=1 초대칭 라그랑지안을 사용하며, 진공 에너지는 Kähler 함수 G = K + ln|W|²로 결정된다.
• 다중점 원리(MPP)를 통해 전약 스케일과 플랑크 스케일 근처의 진공 간 정확한 degeneracy를 도입한다.
• SUSY 깨짐이 은둔된 섹터에서 SU(3) SUSY 게이지 동역학을 가진 가우지노 응집 현상으로 발생하는, no-scale 유사 SUGRA 모델을 고려한다.
• 진공 에너지 밀도를 ρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Pl로 유도하며, 이는 플랑크 스케일 억제에 의해 억제됨을 보여준다.
• 물리적 진공이 SUSY가 가우지노 응집 현상으로 깨지는 두 번째 진공과 degeneracy를 이루며, 이로 인해 ρΛ ≈ Λ⁶SQCD / M²Pl이 된다고 가정한다.
• 히긴스 VEV가 MPl에 가까운 세 번째 진공을 포함하도록 모델을 확장하여, 물리적 진공과 세 번째 진공의 상호작용 상수가 동일함을 보장함으로써, λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0을 강제한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SUGRA 모델에서 정확한 진공 degeneracy가 작은 우주상수를 설명할 수 있는가?
• RQ2 다중점 원리(MPP)는 플랑크 스케일에서 힉스 4차 상호작용 상수와 그 베타 함수를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 은둔된 섹터에서의 가우지노 응집 현상은 낮은 진공 에너지 밀도를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 왜 이 틀에서 스케일 ΛSQCD ≈ ΛQCD/10가 자연스럽고, 어떻게 관측된 암흑 에너지 밀도를 재현하는가?
• RQ5 히긴스 VEV가 MPl에 근접한 세 번째 진공이 존재할 경우, 물리적 진공에서 λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0을 강제할 수 있는가?

주요 결과

• 플랑크 스케일 SUSY 깨짐을 가진 N=1 SUGRA 모델에서 정확한 진공 degeneracy 덕분에 우주상수가 자연스럽게 작다.
• 톱 쿼크 질량이 약 173 GeV일 경우, MPP와 일치하며 힉스 4차 상호작용 상수 λ(MPl)가 0으로 수렴한다.
• 베타 함수 βλ(MPl)도 플랑크 스케일에서 약 0이 되며, 이는 MPl 근처에서 힉스 포텐셜이 평탄함을 나타낸다.
• 가우지노 응집 현상에서 기인한 진공 에너지 밀도는 ρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Pl이며, ΛSQCD ≈ ΛQCD/10일 경우 관측된 암흑 에너지 밀도와 일치한다.
• 모델은 물리적 진공이 SUSY가 가우지노 응집 현상으로 깨지는 두 번째 진공과 degeneracy를 이루며, 이로 인해 에너지 밀도가 억제됨을 예측한다.
• 히긴스 VEV가 MPl에 가까운 세 번째 진공의 존재는 물리적 진공과 세 번째 진공의 상호작용 상수가 동일함을 보장하여, λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0를 강화한다.