[论文解读] Cosmology and Heterotic M-Theory in Five-Dimensions

André Lukas, Burt A. Ovrut+1 more|ArXiv.org|Dec 8, 1998

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 5被引用 10

一句话总结

本文通过在卡拉比-丘三fold上紧化M理论，推导出强耦合异杂弦理论的五维有效理论，得到一种与超多重态和边界规范理论耦合的规范N=1超重力。它在BPS域壁对上构建了非均匀的宇宙学解，推广了滚动半径并包含了Ramond-Ramond标量，为霍拉瓦-维滕理论中的早期宇宙宇宙学提供了框架。

ABSTRACT

In these lectures, we present cosmological vacuum solutions of Horava-Witten theory and discuss their physical properties. We begin by deriving the five-dimensional effective action of strongly coupled heterotic string theory by performing a reduction, on a Calabi-Yau three-fold, of M-theory on S1/Z2. The effective theory is shown to be a gauged version of five-dimensional N=1 supergravity coupled, for simplicity, to the universal hypermultiplet and four-dimensional boundary theories with gauge and universal gauge matter fields. The static vacuum of the theory is a pair of BPS three-brane domain walls. We show that this five-dimensional theory, together with the domain wall vacuum solution, provides the correct starting point for early universe cosmology in Horava-Witten theory. Relevant cosmological solutions are those associated with the BPS domain wall vacuum. Such solutions must be inhomogeneous, depending on the orbifold coordinate as well as on time. We present two examples of this new type of cosmological solution, obtained by separation of variables. The first example represents the analog of a rolling radii solution with the radii specifying the geometry of the domain wall pair. This is generalized in the second example to include a nontrivial Ramond-Ramond scalar.

研究动机与目标

• 从M理论在卡拉比-丘三fold上的紧化推导出强耦合异杂弦理论的五维有效作用量。
• 在五维理论中构建作为一对BPS三brane域壁的静态真空解。
• 确立域壁真空作为霍拉瓦-维滕理论中早期宇宙宇宙学的基础。
• 构建依赖于时间和轨道坐标的空间非均匀宇宙学解。
• 在宇宙学框架中推广滚动半径解，以包含非平凡的Ramond-Ramond标量。

提出的方法

• 对S1/Z2上的M理论执行Kaluza-Klein约化，以获得五维有效理论。
• 作为与通用超多重态及四维边界物质场耦合的规范N=1超重力，推导五维作用量。
• 将静态真空识别为位于S1/Z2轨道固定点处的一对BPS三brane域壁。
• 通过变量分离构建宇宙学解，其依赖于时间和轨道坐标。
• 引入一个描述域壁几何随时间演化的滚动半径解。
• 将解推广以在五维作用量中包含非平凡的Ramond-Ramond标量场。

实验结果

研究问题

• RQ1 异杂M理论的五维有效理论如何从M理论在卡拉比-丘三fold上的紧化中涌现？
• RQ2 该五维理论中的静态真空解具有何种性质，其与BPS域壁的关系如何？
• RQ3 能否在此框架中构建依赖于时间和轨道坐标的宇宙学解？
• RQ4 在存在非平凡Ramond-Ramond标量场的情况下，滚动半径解如何推广？
• RQ5 域壁对在霍拉瓦-维滕理论中为早期宇宙宇宙学奠定基础方面起什么作用？

主要发现

• 五维有效理论是与通用超多重态及四维边界规范和物质场耦合的规范N=1超重力。
• 静态真空解是一对位于S1/Z2轨道固定点处的BPS三brane域壁。
• 宇宙学解是非均匀的，依赖于时间和轨道坐标，源于变量分离。
• 第一个解描述了滚动半径情形，其中域壁对的几何随时间演化。
• 第二个解通过引入非平凡的Ramond-Ramond标量场推广了第一个解，丰富了宇宙学动力学。
• 这些解为霍拉瓦-维滕理论中的早期宇宙宇宙学提供了一致的框架。