[論文レビュー] Toward Quantum Gravity II: Quantum Tests

Heui-Seol Roh|ArXiv.org|Dec 30, 2000

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、量子重力の枠組みとして、θ真空項を有するSU(N)規範理論を提唱する。動的対称性の自発的破れ（DSSB）により、標準模型の規範群が生成され、質量のある規範ボソンを通じてニュートン定数と宇宙定数が説明される。このモデルは、ダークマター媒介粒子としてほぼ質量のない規範ボソン（約10⁻¹² GeV）を予測し、宇宙背景放射と継続的な相転移を結びつける。この枠組みは、ローレンツ不変性を保ちつつ、renormalizableな量子重力理論内でインフレーション、ダークマター、バリオン非対称性を統一的に説明する。

ABSTRACT

This study toward quantum gravity (QG) introduces an SU(N) gauge theory with the Θvacuum term for gravitational interactions, which leads to a group SU(2)_L x U(1)_Y x SU(3)_C for weak and strong interactions through dynamical spontaneous symmetry breaking (DSSB). Newton gravitation constant G_N and the effective cosmological constant are realized as the effective coupling constant and the effective vacuum energy, respectively, due to massive gauge bosons. A gauge theory relevant for the non-zero gauge bosons, 10^{-12} GeV, and the massless gauge boson (photon) is predicted as a new dynamics for the universe expansion: this is supported by the repulsive force, indicated in BUMERANG-98 and MAXIMA-1 experiments, and cosmic microwave background radiation. Under the constraint of the flat universe, Ω= 1 - 10^{-61}, the large cosmological constant in the early universe becomes the source of the exponential expansion in 10^{30} order as expected in the inflation theory, nearly massless gauge bosons are regarded as strongly interacting mediators of dark matter, and the baryon asymmetry is related to the DSSB mechanism.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論と標準模型の根本的問題、たとえば宇宙定数、特異点、バリオン非対称性を、統一的量子重力枠組みによって解決すること。
• 一般相対性理論と量子場理論の不適合性を避けるために、ゲージ理論を用いた重力の量子力学的記述を提供すること。
• 平坦な宇宙と加速的膨張を、質量が約10⁻¹² GeVの新しいゲージボソンを通じて説明すること。このボソンは宇宙定数に関連している。
• 動的対称性の自発的破れ（DSSB）と保存される量子数を用いて、ダークマター、インフレーション、バリオン非対称性を同時に説明すること。
• DSSBによってSU(N)ゲージ群がSU(2)ₗ × U(1)ᵧ × SU(3)ᶜに分解されることで、重力を標準模型の力と統一すること。

提案手法

• 重力をゲージ相互作用として記述する試みとして、θ真空項を有するSU(N)規範理論を仮定し、量子重力の枠組みとする。
• 動的対称性の自発的破れ（DSSB）を用いて、より大きなゲージ群から標準模型のゲージ群SU(2)ₗ、U(1)ᵧ、SU(3)ᶜを生成する。
• ニュートン定数Gₙと有効な宇宙定数を、θ項に由来する真空エネルギーと質量のあるゲージボソンから生じるとする。
• 観測されたCMBRと整合するように、質量が約10⁻¹² GeVのほぼ質量のないゲージボソンを、ダークエネルギーとダークマターの媒介粒子として導入する。
• さまざまなエネルギースケールにおける保存されるグローバル量子数（バリオン数、レプトン数、フェルミオン数）を適用し、プランクスケールで非摂動的破れを仮定する。
• DSSBの前段階において、内在的と外在的時空の双対性および電磁双対性を、基本原理として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子重力は、標準模型の力と統一可能なゲージ理論としてどのように定式化できるか？
• RQ2 量子ゲージ理論の枠組みにおいて、ニュートン定数と宇宙定数の起源は何か？
• RQ3 質量が約10⁻¹² GeVの新しいゲージボソンから、観測された宇宙の加速的膨張はどのように生じるか？
• RQ4 動的対称性の自発的破れ（DSSB）は、同時にバリオン非対称性とダークマターを説明できるか？
• RQ5 保存される量子数と保存されない量子数は、初期宇宙およびプランクスケールで果たす役割は何か？

主な発見

• 有効な宇宙定数は、質量のあるゲージボソンに由来する真空エネルギーとして実現され、シングレット重力子の凝縮が現実世界における真空エネルギーをキャンセルする。
• 質量が約10⁻¹² GeVのほぼ質量のないゲージボソンが、ダークエネルギーの媒介粒子として提案され、観測された宇宙定数Λ₀ ≈ 10⁻⁸⁴ GeV²と整合する。
• 2.7 Kの宇宙背景放射は、DSSB中に質量のないゲージボソンが存在することを示唆し、宇宙における継続的相転移の証拠となる。
• インフレーションは、ゲージボソンの質量に関連する真空エネルギーから生じ、初期宇宙における指数的膨張を説明する。
• 質量が約10⁻¹² GeVのほぼ質量のないゲージボソンは、バリオンでないダークマターの強力な候補とされ、WIMPsに加えてSIMP（強い相互作用を示す巨大粒子）も観測可能なダークマターとされる。
• バリオン数とレプトン数の保存は、プランクスケールで非摂動的に破れるが、超対称性がないという仮定のもと、フェルミオン数N_f ≈ 10⁹¹は保存される。