[论文解读] Supersymmetric dark energy

Neven Bilić|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2010

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 29被引用 3

一句话总结

本文提出，在 de Sitter 时空中，未破缺的超对称性因全局几何而被破坏，通过软超对称性破坏导致真空能量密度非零。在普朗克尺度的短距离截断下，所得的真空能量密度与观测到的宇宙学常数一致，为超对称框架内宇宙学常数问题提供了自然的解决方案。

ABSTRACT

We study a noninteracting supersymmetric model in de Sitter spacetime. Supersymmetry breaking induces a nonzero vacuum energy density. A short distance cut-off of the order of Planck length provides a matching between the vacuum energy density and the cosmological constant related to the de Sitter expansion parameter.

研究动机与目标

• 探讨嵌入 de Sitter 时空的超对称模型中真空能量的命运。
• 研究 de Sitter 几何引起的软超对称性破坏是否能产生现象学上可接受的真空能量密度。
• 确定自然的短距离截断是否能调和观测到的宇宙学常数与量子场论预测之间的矛盾。
• 检验真空能量密度与 de Sitter 宇宙中弗里德曼方程的一致性。

提出的方法

• 使用 vierbein 形式化方法，在 de Sitter 时空中构建具有 N 个复超多重态的非相互作用 Wess-Zumino 超对称模型。
• 通过计算有效作用量的一阶量子修正，导出真空涨落的能量密度，并采用协变紫外截断。
• 采用量级为普朗克长度的短距离截断，以调节真空能量密度中的发散。
• 利用弗里德曼方程将哈勃参数 H 与真空能量密度关联，将 ρ_vac 识别为宇宙学常数 ρ_Λ。
• 在弯曲时空下采用协变正则化方案，计算能量-动量张量，确保与广义相对论的一致性。
• 证明一阶真空能量密度与 H²m_Pl² 成正比，费米子贡献抵消平坦空间中的发散，而玻色子贡献主导项。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 de Sitter 时空中的未破缺超对称性是否能自然地产生有限且非零的真空能量密度？
• RQ2 de Sitter 几何在超对称性破缺和费米子-玻色子简并性提升中起什么作用？
• RQ3 普朗克尺度截断是否能产生与观测到的宇宙学常数一致的真空能量密度？
• RQ4 从超对称涨落中导出的真空能量密度与弗里德曼方程如何比较？
• RQ5 在超对称模型中，残余真空能量是否能避免微调或人为抵消的需要？

主要发现

• 在 de Sitter 时空中的主导阶真空能量密度与 H²m_Pl² 成正比，源于费米子贡献抵消平坦空间发散后的玻色子涨落。
• 当哈勃参数 H 对应该当前哈勃参数时，量级为普朗克长度的短距离截断可产生与观测宇宙学常数一致的真空能量密度。
• 所需截断尺度与 √N 成反比，其中 N 为复超多重态种类数，暗示对物种问题的自然解决。
• 当截断设为 Λ_cut ≈ √(3π/N) m_Pl 时，该模型满足弗里德曼方程，将紫外截断与观测哈勃尺度联系起来。
• 真空能量贡献并未产生完美的宇宙学常数形式的能量-动量张量，表明仅靠真空涨落无法在无额外结构的情况下解释 CC。
• 当长距离截断设为哈勃半径 L = 1/H 时，结果与全息界限一致。