[论文解读] Species, chameleonic strings and the concept of particle

Andrea Zanzi|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2012

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 78被引用 6

一句话总结

本文提出了一种变色龙型弦模型，其中弦的模场通过密度依赖的弦质量与粒子行为动态调节宇宙学常数。通过引入局域/全局双重视角的粒子与弦的紫外截断，该模型在标度不变、环境依赖的物理框架下解决了层次问题，关键结果将宇宙学常数与普朗克尺度及最短长度通过变色龙场联系起来。

ABSTRACT

We recently proposed a chameleonic solution to the cosmological constant problem - Phys. Rev. D82 (2010) 044006. We further elaborate on our proposal discussing also some new results. The basic ingredients of the model are A) a chameleonic string dilaton parametrizing the amount of scale symmetry of the problem in the Einstein frame; B) a dual nature of the concept of particle where a splitting in local and global components is introduced (for every local particle a corresponding global particle is present in the theory). In this paper we proceed stepwise: 1) we point out that the value of the chameleonic dilaton in the Einstein frame parametrizes also the string length and, in particular, the string mass is an increasing function of the matter density; 2) the concept of global particle is clarified (indeed global particles are simply cosmic strings); 3) in the last quantization step, in the Feynman diagrams of our model, the UV cut-off (which is chosen to be the string mass) is a function of the chameleonic dilaton (naturally this stringy regularization is fully compatible with the chameleonic scale invariance of the model); 4) we show that a large number of particle species might be useful to keep locally under control the dangerous variations of the fundamental constants, however, more research efforts are necessary to make this point clear; 5) the chameleonic behaviour of matter fields and of the de Broglie wavelength of local matter particles is pointed out; 6) we briefly touch upon some ideas (which are still waiting for a full confirmation) regarding a potential connection between the shortest length scale of nature and the cosmological constant. A detailed phenomenological analysis of the entire model is required to test these ideas.

研究动机与目标

• 通过引入一种动态调节真空能量的变色龙型弦机制，解决宇宙学常数问题。
• 阐明在标度不变框架下，粒子作为局域与全局（宇宙弦）成分的双重性质。
• 建立一种弦的紫外正则化，其中截断尺度为密度依赖的弦质量，同时保持变色龙标度不变性。
• 探讨大量粒子种类是否能抑制在变色龙环境中基本常数的局域变化。
• 探究自然界最短长度尺度、宇宙学常数与变色龙场之间的潜在联系。

提出的方法

• 在爱因斯坦框架中引入一个参数化弦长与弦质量的变色龙型弦模场，其质量随物质密度升高而增加。
• 将全局粒子定义为宇宙弦，为双重粒子概念提供几何实现。
• 在费曼图中实施弦的紫外正则化，其中截断尺度为依赖于变色龙模场的弦质量。
• 利用变色龙标度不变性确保与量子修正和异常消除的一致性。
• 分析在变色龙动力学下德布罗意波长与物质场行为，以探究量子引力中的波粒二象性。
• 探索变色龙场、非交换几何与超普朗克能标散射之间的联系，以进行现象学检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙学常数能否通过随物质密度变化的变色龙型弦模场实现动态调节？
• RQ2 在具有标度不变性的弦论框架下，局域与全局双重粒子概念如何涌现？
• RQ3 在变色龙环境中，大量粒子种类在多大程度上可抑制基本常数的局域变化？
• RQ4 通过变色龙物理，最短可能的长度尺度与宇宙学常数之间是否存在基本联系？
• RQ5 变色龙场的辐射（dilatonic bremsstrahlung）是否能在对撞机实验中产生可探测的信号？

主要发现

• 弦质量随物质密度增加，使紫外截断成为变色龙模场的函数，从而实现自洽的弦正则化。
• 全局粒子被识别为宇宙弦，为双重粒子概念提供了几何且稳定的实现。
• 变色龙行为延伸至物质场与德布罗意波长，暗示量子弦上存在波状结构。
• 大量粒子种类可能有助于局部稳定基本常数，但该机制仍需进一步研究以确认。
• 该模型暗示宇宙学常数与自然界最短长度尺度之间可能存在潜在联系，但目前仍属推测，需现象学验证。
• 由异常诱导的顶点 Φ*²σ 与QED相似，暗示可能存在可探测的变色龙辐射，或在高能实验中可观测。