[论文解读] High Temperature Symmetry Breaking, SUSY Flat Directions, and the Monopole Problem

G. Dvali, Lawrence M. Krauss|ArXiv.org|Nov 10, 1998

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 6

一句话总结

本文提出，超对称平坦方向可通过温度诱导的维度转换，在任意高温下触发规范对称性自发性自发性破缺，形成具有规范荷破缺的最小值（例如电荷）。结果，磁单极子被动态阻止形成，从而无论暴胀历史或大统一理论相变时间如何，均能解决磁单极子问题。

ABSTRACT

Supersymmetric flat directions allow a generic counterexample to the phenomenon of symmetry restoration at high temperatures. We show that (exponentially) large VEVs can be developed along these directions through temperature-induced `dimensional transmutation'. A minimum with broken gauge charges (e.g. electric charge) can exist at arbitrarily high temperatures. In such a scenario magnetic monopoles are never formed, independent of whether inflation occurs before or after the GUT phase transition, or whether it occurs at all.

研究动机与目标

• 为解决大统一理论（GUTs）在相变后预测过多磁单极子而引发的宇宙学磁单极子问题。
• 研究在高温下对称性恢复（通常认为可阻止单极子产生）在超对称模型中是否可被规避。
• 探讨超对称平坦方向在高温下实现对称性破缺的作用，与常规预期相反。
• 确定即使在无暴胀或暴胀延迟的情况下，是否也能避免单极子产生。

提出的方法

• 分析具有平坦方向的超对称理论中的有效势，重点关注温度依赖的修正。
• 识别一种机制——温度诱导的维度转换——使得在高温下平坦方向上产生大的真空期望值（VEVs）。
• 证明即使在任意高温下，有效势也会在有限VEVs处形成最小值，从而破缺规范对称性（如U(1)电荷）。
• 表明这种对称性破缺与大统一理论相变无关，且独立于暴胀历史。
• 使用量纲分析和热场论推导势的温度依赖性，揭示非平凡最小值。
• 考虑宇宙学后果，特别是由于破缺相中不存在拓扑缺陷，导致单极子无法产生。

实验结果

研究问题

• RQ1 超对称平坦方向是否可在任意高温下导致规范对称性的自发破缺？
• RQ2 在具有平坦方向的超对称模型中，高温下对称性恢复的常规假设是否被推翻？
• RQ3 是否可在不依赖暴胀或特定大统一理论相变时间线的情况下解决单极子问题？
• RQ4 温度诱导的维度转换在平坦方向上产生大VEVs的过程中起什么作用？
• RQ5 是否存在一个具有破缺规范荷的高温最小值，可阻止磁单极子的形成？

主要发现

• 由于温度诱导的维度转换，超对称平坦方向可在高温下发展出指数级巨大的真空期望值（VEVs）。
• 在任意高温下，有效势中存在一个具有破缺规范荷（如U(1)电荷）的最小值，违反了对称性恢复的标准预期。
• 在此情形下，无论暴胀发生在大统一理论相变之前、之后或根本不存在，磁单极子均不会产生。
• 该机制独立于大统一理论模型的细节或暴胀的存在与否，为单极子问题提供了一种通用解法。
• 该结果源于超对称性、平坦方向与热修正之间的相互作用，导致在高温下形成稳定且破缺的相。
• 单极子无法产生的原因是：由于不存在具有未破缺规范对称性的真正相变，因此不存在拓扑缺陷。