[论文解读] Finite Temperature Closed Superstring Theory: Infrared Stability and a Minimum Temperature

Shyamoli Chaudhuri|arXiv (Cornell University)|May 23, 2001

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 17被引用 2

一句话总结

该论文表明，在弱耦合的十维超弦理论中，平坦时空在热涨落下具有热力学不稳定性，其中II型理论表现出一个最低温度，低于该温度时自由弦系综变得不稳定。通过使用热对偶性不变的一圈生成泛函，该研究在自对偶温度处识别出一种类似Kosterlitz-Thouless的相变，而SO(16)×SO(16)杂交弦在所有温度下均保持稳定且无 tachyon，其在自对偶温度时一圈自由能为零。

ABSTRACT

We show that flat spacetime is an unstable background of all of the weakly coupled ten-dimensional superstrings under infinitesimal thermal fluctuations in the absence of gauge or antisymmetric tensor field background. We demonstrate this principle in both type II and heterotic closed strings obtaining thermal duality invariant expressions for the normalized generating functional of connected one-loop vacuum graphs and exhibiting a continuous phase transition of the Kosterlitz-Thouless type at the self-dual temperature in the thermodynamic potentials. We find that the type II theory displays the unusual phenomenon of a minimum temperature below which the free string ensemble is unstable. We show that in the presence of a temperature dependent Wilson line the heterotic string theory has a stable and tachyon-free ground state at all temperatures starting from zero with gauge group SO(16)xSO(16). The one-loop contribution to the Helmholtz free energy of free SO(16)xSO(16) heterotic strings vanishes at the self-dual temperature. These results pave the way for an understanding of the spontaneous breaking of thermal duality in closed string theories at strong coupling and the occurence of novel thermal phase transitions in the type I open and closed string theory found in hep-th/0008131 .

研究动机与目标

• 研究弱耦合十维超弦理论中平坦时空在热涨落下的热力学稳定性。
• 确定在闭合弦理论中强耦合下热对偶性对称性是否自发性地破缺。
• 分析规范场与威尔逊线背景在有限温度下稳定杂交弦基态的作用。
• 探讨II型弦理论中是否存在一个最低温度，低于该温度时自由弦系综将变得不稳定。

提出的方法

• 推导出II型与杂交闭合弦理论中连通一圈真空图的归一化生成泛函的热对偶性不变表达式。
• 应用有限温度场论技术，计算平坦时空下闭合弦的热力学势。
• 以Kosterlitz-Thouless机制为框架，分析自对偶温度处的连续相变。
• 分析具有温度依赖性威尔逊线的SO(16)×SO(16)杂交弦的一圈亥姆霍兹自由能。
• 比较II型与杂交弦理论在热涨落下的行为，以识别其稳定性条件。
• 利用模不变性与热对偶性，确保有限温度下一圈振幅的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无穷小热涨落下，平坦时空是否是弱耦合十维超弦的稳定背景？
• RQ2 II型闭合弦理论是否表现出一个最低温度，低于该温度时自由弦系综将变得不稳定？
• RQ3 包含温度依赖性威尔逊线如何影响杂交弦基态的稳定性与无 tachyon 性质？
• RQ4 在闭合弦理论中，连续相变发生在何种温度下，其性质为何？
• RQ5 SO(16)×SO(16)杂交弦在自对偶温度时的一圈亥姆霍兹自由能贡献是多少？

主要发现

• 在无规范场或反称张量背景的弱耦合十维超弦理论中，平坦时空在热涨落下表现出热力学不稳定性。
• II型弦理论表现出一个最低温度，低于该温度时自由弦系综将变得不稳定，表明存在一个基本的热截断。
• 在II型与杂交弦理论的热力学势中，自对偶温度处发生了一类类似Kosterlitz-Thouless的连续相变。
• SO(16)×SO(16)杂交弦的一圈亥姆霍兹自由能贡献在自对偶温度时恰好为零。
• 由于温度依赖性威尔逊线的存在，SO(16)×SO(16)杂交弦理论在所有温度下（包括零温）均保持稳定且无 tachyon 的基态。
• 热对偶性不变性在一圈生成泛函中得以保持，从而实现了对闭合弦理论中热相变的一致分析。