[論文レビュー] Runaway Relaxion Monodromy

Liam McAllister, Pedro Schwaller+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 22被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ストリング理論において、大場所軸子の移動によって電弱階層問題を動的に安定化させることを目的としたリラクシオン機構が、モノドロミー電荷のバックレアクションにより失敗することを示している。N ≫ 1周期にわたる軸子の巻き込みが生じると、それに伴いD3ブレイン電荷またはフラックス電荷がNユニット蓄積され、コンpakto化幾何学が歪められ、その結果、停止ポテンシャルが ∼e⁻ᴺ で指数的に抑制される。これは、ヒッグスが真空期待値をとった際にリラクシオンが停止しないため、有効場理論における技術的自然性にもかかわらず、機構が機能しなくなることを意味する。

ABSTRACT

We examine the relaxion mechanism in string theory. An essential feature is that an axion winds over $N \gg 1$ fundamental periods. In string theory realizations via axion monodromy, this winding number corresponds to a physical charge carried by branes or fluxes. We show that this monodromy charge backreacts on the compact space, ruining the structure of the relaxion action. In particular, the barriers generated by strong gauge dynamics have height $\propto e^{-N}$, so the relaxion does not stop when the Higgs acquires a vev. Backreaction of monodromy charge can therefore spoil the relaxion mechanism. We comment on the limitations of technical naturalness arguments in this context.

研究の動機と目的

• リラクシオン機構がストリング理論において、特に軸子モノドロミー実現において妥当であるかを調査すること。
• リラクシオンダイナミクスに不可欠な大場所軸子移動が、モノドロミー電荷を生成し、コンパクト化幾何学にどのようにバックレアクトするかを特定すること。
• このバックレアクトが停止ポテンシャルおよびリラクシオン機構の安定性に与える影響を分析すること。
• 特に大場所移動を伴う場合に、ストリング理論から導かれる有効場理論における技術的自然性の仮定を疑うこと。

提案手法

• タイプIIBストリング理論における軸子モノドロミーを分析し、N ≫ 1周期の巻き込みを生じるD3ブレインおよびフラックス電荷に注目する。
• スーパーグラビティ方程式を用いて、Nユニットのモノドロミー電荷のバックレアクトが内部幾何学に与える影響をモデル化し、ワープ因子および計量への摂動を含む。
• ゲージカップリング関数 8π²/g²YM への補正を計算し、δ(8π²/g²YM) ∝ N であることを示し、これが停止ポテンシャルを指数的に抑制することを示す。
• テードポールキャンセレーション、ブレイン不安定性（KPV）、およびワーピングの制約を評価し、抑制が O(N/ND3) のスケーリングを示すことを示す。
• モジュライポテンシャル、軸子崩壊定数、およびNS5ブレインモードなどの軽いモードへの影響を検討する。
• T¹,₁ 上の調和展開を用いて主要な計量摂動を分離し、主なスカラーモードに対して径方向スケーリングが ∝ r⁻¹⁹/² であることを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 N ≫ 1周期の軸子モノドロミーを介して、ストリング理論においてリラクシオン機構を一貫して実現できるか？
• RQ2 NユニットのD3ブレインまたはフラックス電荷として蓄積されるモノドロミー電荷が、コンパクト化幾何学および有効場理論のカップリングにどのように影響を与えるか？
• RQ3 このバックレアクトが、リラクシオンを停止させるために不可欠な停止ポテンシャル Vstop(φ) に与える影響は何か？
• RQ4 有効場理論における技術的自然性にもかかわらず、停止ポテンシャルが ∼e⁻ᴺ で指数的に抑制されることで、なぜリラクシオン機構が無効化されるのか？
• RQ5 弱い重力予想、ブレイン消失、およびモジュライ安定化からの制約は、このようなリラクシオンモデルの妥当性をどの程度制限するか？

主な発見

• 停止ポテンシャル Vstop(φ) は、ゲージカップリング関数への補正 δg⁻²YM ∝ N により、∼e⁻ᴺ で指数的に抑制され、リラクシオン機構が不安定化する。
• モノドロミー電荷のバックレアクトにより、内部幾何学およびワープ因子が歪められ、主なスカラーモードに対して計量摂動が ∝ r⁻¹⁹/² でスケーリングする。
• ゲージカップリング関数への補正 δ(8π²/g²YM) は N に比例しており、これは停止ポテンシャルが大N極限で消えることを示唆する。
• リラクシオンのスピン対称性が復活しているように見えても、Nユニットの電荷に起因する非摂動的バックレアクトにより、機構は失敗する。
• 停止ポテンシャルの抑制は、∆φ ≪ Mpl であっても発生するため、問題は超プランク的変位ではなく、軸子崩壊定数 f に対する大場所移動に起因する。
• テードポールキャンセレーション、KPV不安定性、およびブレイン消失からの制約は、特に N ≫ 1 の場合に、このようなモデルの妥当性をさらに制限する。