[论文解读] SUSY Breaking, Cosmology, Vacuum Selection and the Cosmological Constant in String Theory

T. Banks|ArXiv.org|Jan 26, 1996

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 24

一句话总结

本文提出，宇宙学约束——尤其是对可行暴胀情景的要求以及宇宙学常数为零的条件——可选择弦理论中的正确真空中态，偏好隐藏-sector 超对称性（SUSY）的自发破缺，而非低能SUSY破缺。文章认为，隐藏-sector SUSY破缺可自然地稳定模场（dilaton），并产生接近观测上限的宇宙学常数；而低能SUSY破缺则导致宇宙学上不可接受的轻模场和相干作用力。

ABSTRACT

This is the written version of a talk given at the Santa Barbara Workshop on Supersymmetry in December of 1995. It summarizes a collection of results on superstring cosmology obtained by the author and various collaborators, and contains some speculations about the resolution of the cosmological constant and vacuum selection problems in string theory.

研究动机与目标

• 识别选择弦理论中正确真空中态的物理原理，论证宇宙学——而不仅仅是场论——是必不可少的。
• 通过表明非微扰修正对Kähler势的贡献可在弱耦合区域稳定模场，从而解决Dine-Seiberg提出的模场逃逸问题。
• 解释为何四维大时空维度和自发破缺的超对称性是宇宙学选择原理的可能结果。
• 评估弦理论中低能SUSY破缺的可行性，强调其因轻模场而带来的宇宙学问题。
• 利用全息原理估算宇宙学常数，结果依赖于SUSY破缺机制。

提出的方法

• 以弱耦合接近弦尺度的超弦有效场论（EFTS）作为基础假设。
• 应用解析性与S对偶性约束，论证模场的超势主要由纯指数项主导，且Kähler势的非微扰修正可实现稳定化。
• 借助矩阵模型与弦场论的论证，估算非微扰修正的量级为 $e^{-c/g}$，其中 $c \sim 1$。
• 利用全息原理推测宇宙学常数的估算，比较隐藏-sector与低能SUSY破缺情景。
• 分析模场质量与耦合对宇宙学再加热及相干作用力的影响，利用力程的实验约束。
• 应用微扰与非微扰场论技术，包括Borel变换与共形映射，研究Kähler势展开的大阶数行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何弦理论会选择具有四维大时空维度和自发破缺超对称性的真空中态？
• RQ2 尽管存在Dine-Seiberg的模场逃逸问题，为何弱耦合弦理论中的模场仍可被稳定？
• RQ3 弦理论中低能SUSY破缺的宇宙学后果是什么，特别是对模场的影响？
• RQ4 能否利用全息原理在弦理论中估算宇宙学常数？
• RQ5 为何从宇宙学角度看，隐藏-sector SUSY破缺优于低能SUSY破缺？

主要发现

• 一个具有足够e-foldings的可行暴胀情景的要求，会选择宇宙学常数为零或接近观测上限的真空中态。
• 隐藏-sector SUSY破缺可使宇宙学常数估算值接近当前观测上限，而低能SUSY破缺则导致其值过小，无法被观测到。
• 低能SUSY破缺会导致一个极为轻的模场，其通过相干作用力传播的范围可达毫米至厘米量级，造成宇宙学再加热问题。
• 对Kähler势的非微扰修正——可能量级为 $e^{-1/g}$——即使在超势仍为微扰的情况下，也能稳定模场。
• 非微扰修正中不存在与维度相关的 $4\pi$ 幂次，暗示弦理论与量子场论在展开参数起源上存在根本性差异。
• 若全息原理成立，则会颠覆标准场论对宇宙学常数自然性的预期，支持其极小值可能由宇宙学动力学所选择的观点。