[논문 리뷰] Quintessence, Flat Potential and String/M Theory Axion

Kiwoon Choi|ArXiv.org|1999. 12. 02.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 스트링/M-이론의 축자가 우주 팽창을 이끄는 퀘이낸식스 필드로 기능할 수 있으며, 거의 정확한 전역 대칭성에 의해 기인한 평탄한 포텐셜을 가질 수 있다고 제안한다. 메트릭형과 비메트릭형 퀘이낸식스 유형을 구분하며, 비메트릭형 퀘이낸식스—골드스톤 보손과 관련된 것—는 더 적은 정밀조정이 필요하며, 특정 모듈리 동역학 하에서 헤테로티크 M-이론 또는 타입 I 스트링 이론의 축자들을 통해 실현될 수 있다고 주장한다.

ABSTRACT

A slow-rolling scalar field (Quintessence) has been proposed as the origin of accelerating universe at present. We discuss some features of quintessence, particularly those related with the {\it flatness} of its potential. We distinguish two types of quintessences, a metrical quintessence which couples to the particle physics sector {\it only} through the mixing with the spacetime metric and a non-metrical one without such property. It is stressed that these two types of quintessences have quite different features in regard to the fine tuning of parameters required for the flat potential, as well as different implications for the quintessence-mediated long range force. The fine tuning argument strongly suggests that non-metrical quintessence should correspond to the Goldstone boson of an almost exact nonlinear global symmetry whose explicit breaking by quantum gravity effects is highly suppressed. It is briefly discussed whether the radion field in higher dimensional theories can be a candidate for metrical quintessence. We finally discuss the possibility that string/$M$ theory axion corresponds to a Goldstone-type quintessence, and argue that a certain combination of the heterotic $M$ theory or Type I string theory axions can be a good candidate for quintessence if some conditions on the moduli dynamics are satisfied.

연구 동기 및 목표

• 후기 우주 팽창을 이끄는 퀘이낸식스 필드 후보로 스트링/M-이론의 축자를 탐색하는 것.
• (quintessence 모델에서 평탄한 포텐셜을 달성하기 위한 잠재적 매개변수의 정밀조정 요구 조건을 분석하는 것.
• 스페이스타임 메트릭 및 입자물리학 부문과의 결합 방식에 따라 메트릭형과 비메트릭형 퀘이낸식스를 구분하는 것.
• 고차원 이론에서 라디언 필드가 메트릭형 퀘이낸식스 후보로 작용할 수 있는지 검토하는 것.
• 헤테로티크 M-이론 또는 타입 I 스트링 이론의 축자 조합이 타당한 비메트릭형 퀘이낸식스를 실현할 수 있는 조건을 규명하는 것.

제안 방법

• 스페이스타임 메트릭과의 결합 방식에 따라 퀘이낸식스 모델을 메트릭형과 비메트릭형으로 분류하는 것.
• 포텐셜 매개변수의 정밀조정을 분석하여, 비메트릭형 퀘이낸식스가 약한 전역 대칭성 덕분에 더 적은 조정이 필요하다는 것을 보여주는 것.
• 고차원(compactification)에서의 라디언 필드를 메트릭형 퀘이낸식스 후보로 고려하는 것.
• 비메트릭형 퀘이낸식스가 비선형 전역 대칭의 자동으로 깨지는 것에서 기인한다는 점을 주장하기 위해 골드스톤 보손 메커니즘을 적용하는 것.
• 헤테로티크 M-이론과 타입 I 스트링 이론에서의 모듈리 필드의 동역학을 평가하여, 축자 조합이 평탄한 포텐셜을 유도할 수 있는 조건을 규명하는 것.
• 특히 비메트릭형 모델에서의 퀘이낸식스 매개 조작 장거리 힘의 영향을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스트링/M-이론의 축자가 퀘이낸식스에 필요한 평탄한 포텐셜을 자연스럽게 실현할 수 있는가?
• RQ2 정밀조정과 중력에 대한 결합 방식 측면에서 메트릭형과 비메트릭형 퀘이낸식스는 무엇으로 구분되는가?
• RQ3 골드스톤 보손의 약한 전역 대칭성이 퀘이낸식스 모델에서 정밀조정의 필요성을 어떻게 감소시키는가?
• RQ4 헤테로티크 M-이론 또는 타입 I 스트링 이론의 축자 조합이 타당한 퀘이낸식스 필드로 작용할 수 있는 조건은 무엇인가?
• RQ5 고차원 이론에서의 라디언 필드는 메트릭형 퀘이낸식스 후보로 작용할 수 있는가?

주요 결과

• 거의 정확한 전역 대칭성에서 기인하는 비메트릭형 퀘이낸식스는 평탄한 포텐셜을 확보하기 위한 정밀조정 요구 조건이 크게 감소한다.
• 고차원 이론에서의 라디언 필드는 메트릭형 퀘이낸식스 후보로 타당하지만, 특정 동역학 조건이 필요하다.
• 양자 중력 효과가 전역 대칭성을 약하게만 깨뜨리는 경우, 스트링/M-이론의 축자는 골드스톤 유형의 퀘이낸식스를 실현할 수 있다.
• 헤테로티크 M-이론 또는 타입 I 스트링 이론의 축자 조합은 특정한 모듈리 동역학 조건 하에서 타당한 퀘이낸식스 후보로 기능할 수 있다.
• 비메트릭형 퀘이낸식스 모델은 그들만의 결합 구조 덕분에 메트릭형 모델보다 더 약한 장거리 힘을 예측한다.
• 축자가 전역 대칭성이 자동으로 깨지는 Nambu-Goldstone 보손이라면, 양자 중력 효과에 의해 억제되는 바에 따라 퀘이낸식스 필드의 평탄한 포텐셜은 자연스럽게 달성된다.