[论文解读] Scaling behavior of the cosmological constant: Interface between quantum field theory and cosmology

Ilya L. Shapiro, Joan Solà|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用 57

一句话总结

本文研究了标准模型中量子修正导致的宇宙学常数运行，表明其通过跑动方程从宇宙尺度演化至费米尺度。研究发现，这种运行不会破坏原初核合成，并讨论了其对宇宙学和量子场论的影响。

ABSTRACT

In quantum field theory, the vacuum action is subject to renormalization and to the renormalization group running. Consequently, the ``cosmological constant'' is not a constant, still less should be zero. In this paper we continue with previous work, and derive the contributions of the light particles to the running of the cosmological and gravitational constants in the Standard Model, from the cosmic scale up to the Fermi scale. At higher energies the calculation is performed in a sharp cut off approximation. It is argued that the scaling dependences of the cosmological and gravitational constants do not spoil primordial nucleosynthesis. Finally, the cosmological and field-theoretical implications of the running of the cosmological constant are discussed.

研究动机与目标

• 研究量子场论效应，特别是跑动方程，如何影响不同能量尺度下的宇宙学常数。
• 确定宇宙学常数和引力常数的运行是否会影响原初核合成。
• 通过分析标准模型中轻粒子的贡献，弥合量子场论与宇宙学之间的鸿沟。
• 探讨非恒定、动态演化的宇宙学常数在场论和宇宙学上的后果。

提出的方法

• 应用跑动方程，从宇宙尺度到费米尺度计算宇宙学常数的运行。
• 在标准模型之外的高能区域使用截断近似进行计算。
• 评估轻粒子（如光子、W/Z玻色子、希格斯粒子）对真空能量运行的贡献。
• 评估在宇宙学常数值变化下原初核合成的稳定性。
• 分析量子场论跑动与引力耦合常数之间的相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准模型中的量子修正如何导致宇宙学常数在不同能量尺度上的演化？
• RQ2 宇宙学常数的运行在多大程度上影响原初核合成的成功？
• RQ3 动态变化的宇宙学常数对量子场论与宇宙学交叉领域有何影响？
• RQ4 轻粒子如何贡献于引力常数和宇宙学常数的运行？
• RQ5 宇宙学常数的运行是否违反早期宇宙物理学的观测约束？

主要发现

• 由于量子修正，宇宙学常数表现出标度行为，通过跑动方程在不同能量尺度间演化。
• 标准模型中轻粒子的贡献显著影响宇宙学常数和引力常数的运行。
• 宇宙学常数的运行不会破坏原初核合成，与大爆炸核合成的约束保持一致。
• 在高能区域，截断近似在缺乏完整紫外完成理论的情况下，能可靠估计运行行为。
• 宇宙学常数的动态本质挑战了其恒定性的假设，为统一量子场论与宇宙学开辟了新途径。
• 结果表明，宇宙学常数应被视为一个运行量，对暗能量和量子引力具有重要意义。