[论文解读] Dark Horse, Dark Matter: Revisiting the SO(16)x SO(16)' Nonsupersymmetric Model in the LHC and Dark Energy Era

Michael R. McGuigan|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用 8

一句话总结

本论文在LHC数据未发现超对称性证据的背景下，重新审视了非超对称的 $SO(16)\times SO(16)'$ 模型，将其作为超对称大统一理论的可行替代方案。通过利用具有非单连通内部流形的Kaluza-Klein紧化，该模型实现了真空能量抵消，借助Fischler-Susskind机制稳定了稀里顿场，并将暗物质实现为通过双费米子门控连接的暗胶球，同时从紧化作用量中自然涌现出规范-希格斯统一与稳定的有效势能。

ABSTRACT

We revisit the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model in light of LHC and Dark Energy data. Recently nonsupersymmetric models have become of great interest because the LHC has not found evidence of supersymmetry. In addition nonsupersymmetric models with a single Higgs-like field and small one loop vacuum energy have been constructed. Also models of dark energy with a dilaton-radion potential have also been recently examined in the light of dark energy data and the swampland conjecture. In this paper some of the features of the nonsupersymmetric SO(16)x SO(16)' model with regards to high energy physics and cosmology such as dark energy, vacuum stablilization, dark matter candidates, dark matter portals, gauge-Higgs unification, and quantum cosmology are examined in the context of the LHC and dark energy era.

研究动机与目标

• 在LHC未发现低能超对称性证据的背景下，重新评估 $SO(16)\times SO(16)'$ 非超对称模型作为基本理论的可行性。
• 研究在非单连通流形上紧化如何在十维中具有正一阶真空能量的前提下，降低四维宇宙常数。
• 探究Fischler-Susskind机制在无超对称性条件下消除稀里顿 tadpole 并稳定稀里顿与模场的作用。
• 探索暗物质候选者如暗胶球，以及双fundamental费米子门控在连接可见与隐藏 sector 中的作用。
• 分析规范-希格斯统一与有效势能在量子宇宙学及Wheeler-DeWitt方程背景下的影响。

提出的方法

• 在六维流形（如 $S^6$、$S^4\times S^2$ 和 $CP^3$）上紧化 $SO(16)\times SO(16)'$ 模型，通过Atiyah-Singer指标定理获得四维手征费米子世代。
• 利用Fischler-Susskind机制消除稀里顿 tadpole，生成非零稀里顿势能与质量，从而在无超对称性条件下稳定稀里顿场。
• 构建四维有效作用量，包含Kaluza-Klein标量、规范场与模场，导出哈密顿约束与Wheeler-DeWitt方程。
• 从包含 $\varphi$、$a$ 与 $b$ 作为动力学变量的约化二维作用量中，推导度规、稀里顿与径向场的哈密顿约束与共轭动量。
• 分析有效势能 $V(\varphi + 4\log b)$ 在高能区的行为，包括来自通量与曲率项的贡献。
• 通过双维稀里顿重力与矩阵模型的启发，探索跨可穿越虫洞的纠缠量子态，使用波函数叠加 $\Psi_f$ 与 $\Psi'_{f'}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在十维中具有大正真空能量的前提下，$SO(16)\times SO(16)'$ 非超对称模型能否一致地解释四维宇宙常数极小？
• RQ2 在无超对称性条件下，Fischler-Susskind机制如何稳定稀里顿与模场？
• RQ3 该模型中可行的暗物质候选者是什么？它们如何通过费米子门控与可见 sector 相互作用？
• RQ4 在该非超对称框架下，规范-希格斯统一在高维规范场紧化过程中能多大程度上自然涌现？
• RQ5 量子宇宙学约束（如Wheeler-DeWitt方程与波函数叠加）如何影响紧化理论的动力学？

主要发现

• 根据内部流形的欧拉示性数，$SO(16)\times SO(16)'$ 模型在四维中实现1至4代手征费米子，其中 $S^6$ 产生一代表象，$CP^3$ 或 $Flag$ 流形产生三代表象。
• Fischler-Susskind机制成功消除稀里顿 tadpole，生成非零稀里顿势能与质量，从而在无超对称性条件下稳定稀里顿场。
• 暗物质被实现为暗胶球，双费米子门控场介导可见与隐藏 sector 之间的相互作用，使该模型可同时受到对撞机与天体物理约束。
• 紧化理论中的有效势能包含曲率、通量与模场的贡献，哈密顿约束在包含 $a$、$b$ 与 $\varphi$ 的约化二维作用量中导出。
• Wheeler-DeWitt方程被表述为 $H_0 \Psi_f(a,b,\varphi) = 0$，允许波函数叠加与虫洞间的纠缠态，暗示早期宇宙中存在量子引力效应。
• 该模型提供了一种机制，通过额外维度的曲率与通量平衡十维中的大真空能量，从而降低四维宇宙常数，这一特性在超对称理论中并不存在。