[论文解读] An Update on Brane Supersymmetry Breaking

J. Mourad, Augusto Sagnotti|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2017

Black Holes and Theoretical Physics被引用 15

一句话总结

本文综述了十维非快子型弦理论模型中自发破缺的超对称性，聚焦于 $SO(32)$ 型-I弦理论中膜超对称性破缺作为原型。研究表明，非相互BPS膜与orientifold通过产生无质量束缚势（runaway potential）而无快子出现，从而导致金斯蒂诺模式（goldstino mode）和非线性实现的超对称性，同时强调了其在高能标超对称性破缺场景下有效场论与宇宙学解的启示。

ABSTRACT

"Brane supersymmetry breaking" is a peculiar phenomenon that can occur in perturbative orientifold vacua. It results from the simultaneous presence, in the vacuum, of non-mutually BPS sets of BPS branes and orientifolds, which leave behind a net tension and thus a runaway potential, but no tachyons. In the simplest ten-dimensional realization, the low-lying modes combine the closed sector of type-I supergravity with an open sector including USp(32) gauge bosons, fermions in the antisymmetric 495 and an additional singlet playing the role of a goldstino. We review some properties of this system and of other non-tachyonic models in ten dimensions with broken supersymmetry, and we illustrate some puzzles that their very existence raises, together with some applications that they have stimulated.

研究动机与目标

• 分析十维非快子型弦理论模型中破缺超对称性的结构与动力学，特别是无快子激发的模型。
• 研究通过非相互BPS配置的膜与orientifold实现膜超对称性破缺的机制，此类配置虽具有净张力但无快子。
• 探讨此类模型对有效场论的影响，包括无束缚的模场势与时间依赖或通量背景下的有界量子修正。
• 将这些高能标超对称性破缺模型与使用受约束超多重态的四维玩具模型联系起来，尤其关注金斯蒂诺模式与非线性实现超对称性的实现。
• 强调这些系统中稳定性、量子修正与宇宙学解方面的开放问题，特别是与M理论对偶性的关系。

提出的方法

• 使用GSO投影与内森-施瓦兹-拉蒙（Neveu–Schwarz–Ramond）光锥形式，对十维定向闭弦的自洽、模不变的分划函数进行分类。
• 将 $SO(32)$ 型-I弦理论模型作为膜超对称性破缺的原型，其中 $USp(32)$ 规范对称性与金斯蒂诺由非相互BPS膜/orientifold产生。
• 应用泡利-施特拉塔克（Polchinski）时空图像，将真空描述为不保留共同超对称性的非BPS膜与orientifold的叠加，其无快子源于非动力学性质。
• 通过标准超引力势能公式 $\mathcal{V} = e^{\mathcal{G}}\left[\left(\mathcal{G}^{-1}\right)^{i\bar{j}}\mathcal{G}_i\mathcal{G}_{\bar{j}} - 3\right]$ 推导低能有效作用量，其中 $\mathcal{G} = \mathcal{K} + \log|\mathcal{W}|^2$，并在末尾施加约束。
• 利用受约束超多重态构建四维玩具模型，包括二次约束 $W^\alpha W_\alpha - 2\Phi(\frac{1}{4}\bar{D}^2\bar{\Phi} - m) = 0$ 以实现 $\mathcal{N}=2 \to \mathcal{N}=1$ 破缺，以及三次约束 $\Phi W^\alpha W_\alpha - \Phi^2(\frac{1}{4}\bar{D}^2\bar{\Phi} - m) = 0$ 实现 $\mathcal{N}=2 \to \mathcal{N}=0$ 破缺。
• 将这些模型与KKLT上抬势能及Volkov–Akulov模型进行比较，表明三次约束可消除标量场，仅留下两个费米子作为金斯蒂诺。

实验结果

研究问题

• RQ1 在十维orientifold真空中，如何在无快子不稳定性的情况下于弦尺度破缺超对称性？
• RQ2 非相互BPS膜与orientifold在无快子条件下生成无束缚势的作用机制是什么？
• RQ3 这些模型在时间依赖或通量背景下的解中，量子修正与世界面修正行为如何？
• RQ4 四维中受约束超多重态构造能否准确模拟膜超对称性破缺的低能动力学？
• RQ5 这些模型对宇宙学解及M理论对偶性整体景观有何启示？

主要发现

• 在 $SO(32)$ 型-I弦理论模型中，通过非相互BPS膜/orientifold实现膜超对称性破缺，产生净张力与无束缚的模场势，但因快子为非动力学而无快子出现。
• 低能谱包含 $USp(32)$ 规范群、一个引力微子与一个单态，后者作为金斯蒂诺，与非线性实现的超对称性一致。
• 该模型的分划函数与型-I弦几乎完全相同，但其在弦尺度破缺超对称性，使其成为高能标超对称性破缺中一个独特而令人困惑的范例。
• 在四维中，三次约束 $\Phi W^\alpha W_\alpha - \Phi^2(\frac{1}{4}\bar{D}^2\bar{\Phi} - m) = 0$ 导致 $\mathcal{N}=2 \to \mathcal{N}=0$ 破缺，消除标量场，仅留下两个费米子作为金斯蒂诺。
• 受约束超多重态方法可系统构建具有非线性实现超对称性的模型，包括通过二次约束实现超对称Born–Infeld理论。
• 这些模型为真空中 $D$-膜行为提供了场论实现，其中插入一个膜将原始超对称性减半，而低能理论表现出类似Born–Infeld的结构。