[论文解读] On the smallness of the cosmological constant in SUGRA models with Planck scale SUSY breaking and degenerate vacua

C.D. Froggatt, R. Nevzorov+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2015

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 11被引用 4

一句话总结

本文提出，在N=1超引力（SUGRA）模型中，宇宙学常数的微小性源于多个真空的精确简并，其中包括一个位于电弱能标附近的真空和另一个接近普朗克能标的真空。通过多重点原理（MPP）强制实现简并，该模型自然地使希格斯四次耦合及其β函数在普朗克能标处趋近于零，从而通过隐藏 sector 中的胶微子凝聚（gaugino condensate）重现观测到的暗能量密度，其中ΛSQCD ≈ ΛQCD/10。

ABSTRACT

We argue that the exact degeneracy of vacua in N=1 supergravity can shed light on the smallness of the cosmological constant. The presence of such vacua, which are degenerate to very high accuracy, may also result in small values of the quartic Higgs coupling and its beta function at the Planck scale in the phase in which we live.

研究动机与目标

• 通过真空简并解释SUGRA模型中观测到的宇宙学常数微小性。
• 研究多重点原理（MPP）如何稳定希格斯势并抑制宇宙学常数。
• 探讨隐藏 sector 中胶微子凝聚在生成低真空能量密度中的作用。
• 在简并真空情景下，将观测到的暗能量尺度与QCD尺度通过ΛSQCD ≈ ΛQCD/10 联系起来。
• 表明精确真空简并可导致λ(MPl) ≈ 0 且 βλ(MPl) ≈ 0，与观测约束一致。

提出的方法

• 采用具有Kähler势K和超势W的N=1超引力，其中真空能量由Kähler函数G = K + ln|W|²决定。
• 通过多重点原理（MPP）强制实现电弱能标和接近普朗克能标的真空精确简并。
• 考虑一种类无尺度（no-scale）SUGRA模型，其中超对称性通过隐藏 sector 中具有SU(3)超规范动力学的胶微子凝聚而破缺。
• 推导出真空能量密度为ρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Pl，表明其受到普朗克尺度的抑制。
• 假设物理真空与另一个真空简并，后者中超对称性通过胶微子凝聚破缺，从而导致ρΛ ≈ Λ⁶SQCD / M²Pl。
• 将模型扩展至包含第三个真空，其中希格斯真空期望值接近MPl，确保物理真空与第三真空的耦合完全相同，从而强制实现λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SUGRA模型中，宇宙学常数的微小性是否可通过真空的精确简并来解释？
• RQ2 多重点原理（MPP）如何约束普朗克能标处的希格斯四次耦合及其β函数？
• RQ3 隐藏 sector 中的胶微子凝聚在生成低真空能量密度中起什么作用？
• RQ4 为何该框架中ΛSQCD ≈ ΛQCD/10 是自然的？它如何重现观测到的暗能量密度？
• RQ5 是否存在一个Higgs真空期望值接近普朗克尺度的第三真空，从而在物理真空中强制实现λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0？

主要发现

• 由于N=1 SUGRA模型中普朗克能标超对称性破缺下真空的精确简并，宇宙学常数自然微小。
• 当顶夸克质量约为173 GeV时，希格斯四次耦合λ(MPl)被驱动至零，与MPP一致。
• 在普朗克能标处，β函数βλ(MPl)也近似为零，表明希格斯势在MPl附近趋于平坦。
• 来自胶微子凝聚的真空能量密度为ρΛ ∼ Λ⁶SQCD / M²Pl，若ΛSQCD ≈ ΛQCD/10，则与观测到的暗能量密度一致。
• 该模型预测物理真空与另一个通过胶微子凝聚破缺超对称性的真空简并，从而导致能量密度被抑制。
• 存在一个Higgs真空期望值接近MPl的第三真空，确保物理真空与第三真空的耦合完全相同，进一步强化了λ(MPl) ≈ βλ(MPl) ≈ 0。