[论文解读] The role of the superstring dilaton in cosmology and particle physics

Ram Brustein|ArXiv.org|May 10, 1994

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文研究了超弦理论预言的超弦膜标量场（dilaton）在宇宙学和粒子物理中的影响。它分析了膜标量场的相互作用，表明其动力学可影响早期宇宙的宇宙学行为，并在粒子物理中产生可观测效应，特别是通过模场稳定化和与物质场的耦合。

ABSTRACT

Superstring theory predicts the existence of a scalar field, the dilaton. I review some basic features of the dilaton interactions and explain their possible consequences in cosmology and particle physics.

研究动机与目标

• 考察超弦膜标量场在高能物理与宇宙学中的理论角色。
• 探讨膜标量场相互作用如何影响早期宇宙的动力学。
• 评估膜标量场介导的耦合对粒子物理可观测量的潜在影响。
• 分析膜标量场在弦理论紧化中稳定化对模场问题的含义。
• 将膜标量场现象学与可观测的宇宙学及粒子物理信号联系起来。

提出的方法

• 分析超弦理论的低能有效作用量，将膜标量场识别为来自度规和反称张量分量的标量场。
• 研究膜标量场与能量-动量张量迹的耦合，及其对引力相互作用的影响。
• 考虑膜标量场在弦理论紧化中的势能及其在模场稳定化中的作用。
• 研究膜标量场与规范场及物质场的耦合，特别是在有效场论方法的背景下。
• 应用宇宙学解于膜标量场驱动的模型，包括指数势能和滚动膜标量场情形。
• 评估来自粒子物理与宇宙学的约束，如核合成和第五种力限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 超弦膜标量场如何影响早期宇宙的动力学？
• RQ2 膜标量场与物质及规范场耦合的可观测后果是什么？
• RQ3 膜标量场的稳定化如何影响宇宙学模型与模场问题？
• RQ4 粒子物理对膜标量场的质量与耦合强度施加了何种约束？
• RQ5 膜标量场介导的相互作用能否解释宇宙学或天体物理学观测中的偏差？

主要发现

• 膜标量场与能量-动量张量的迹普遍耦合，意味着其对所有物质场具有普遍耦合。
• 在弦理论紧化中，膜标量场的势能通常较平坦，导致早期宇宙中出现滚动膜标量场情形。
• 膜标量场可介导长程力，但第五种力实验和核合成的约束限制了其耦合强度。
• 模场稳定化机制（如非微扰效应）对防止膜标量场演化失控至关重要。
• 膜标量场的质量不由微扰弦理论固定，必须通过非微扰动力学实现稳定。
• 具有滚动膜标量场的宇宙学解可导致晚期加速或早期暴胀样行为，具体取决于势能形状。