非対称なZ2×Z2オービフォールドで分類したパティ–サラム型ヘテロティック弦模型の体系化
この論文は、パティ–サラムと呼ばれる統一モデルを含むヘテロティック弦理論の一群を、非対称なZ2×Z2オービフォールド作用のもとで系統的に分類した研究です。著者らは、内部空間に対する非対称な作用が「幾何学的モジュライ」――余剰な自由度や形状のパラメータ――を固定し、素粒子の候補となるヒッグスの「二重項」と「三重項」の分裂(doublet–triplet splitting)を生むことを示します。この分裂は非対称作用であれば作用の種類にかかわらず起こり、したがってモジュライの固定の有無に依存しない特徴です。
研究の進め方は次の通りです。もともとSO(10)をもつ対称なZ2×Z2オービフォールド系を出発点にして、SO(10)をパティ–サラム部分群に壊すベクトル(破壊ベクトル)に非対称な作用を許します。それを「ツイスト」の性質で分類すると、実数の非ねじれモジュライ(untwisted moduli)が12、8、4、0のいずれかになる六つの不変類が見つかりました。さらに非対称ツイストに対して整合する非対称シフトを組み合わせると、残るモジュリや内部のナライン格子(Narain lattice。内部運動の構造を表すもの)によって24通りの異なる場合が得られます。各場合について、三世代の従来の粒子構成が得られる代表的な基底も構成しています。
仕組みを高いレベルで説明すると、著者らは自由フェルミオン表示と呼ばれる手法を用います。これは内部空間を弦の世界面上のフェルミオン境界条件として扱う方法で、ボソニック(座標)表示でのトーラス型Z2×Z2オービフォールドに対応します。「モジュライ」は世界面の相互作用項(Thirring相互作用)に対応する質量ゼロのスカラーで、非対称な境界条件はこれらを射影して消します。また、対称な場合は未ねじれ部位から電弱の二重項が消え、色の三重項が残るという性質がありましたが、非対称な境界条件は逆に三重項を消して二重項を残すことができるため、ヒッグスの構成やヤカワ結合(質量を与える結合)の形が変わります。
具体的な結果として、代表例のクラス(12、8、4、0モジュライ)について一般化GSO(GGSO)位相という射影係数空間を詳しく列挙しました。GGSO位相はどの状態がスペクトルに残るかを決める係数です。その列挙から、超対称性が残る場合(N=1)と破れている場合(N=0)の真空を表現論的・現象論的な基準で分類し、「外来分数電荷状態(fractionally charged exotic)」が質量ゼロで現れないいわゆるexophobicな実行可能モデルも特定しました。さらに、自由フェルミオン点(解析を行った特定のモジュリ空間点)での分配函数と一ループの真空エネルギーを各モデルで計算しました。興味深いことに、幾何モジュライの数が減るほど、異なるGGSO位相による分配函数の個数が急速に少なくなり、位相変化に対する「縮退」が強くなることを示しています。
注意すべき制約もあります。本研究は主に自由フェルミオン点という特定の点での解析に依拠しています。そこを離れると再びタキオン的(不安定な)状態が現れる可能性があります。非超対称(N=0)真空は一般に真空エネルギーがゼロでなく、摂動的安定性に注意が必要です。さらにディラトン(弦の結合定数を決める場)の期待値は固定されないままで、走り去る(runaway)挙動が残る場合が多く、完全に安定した非超対称真空が存在するかは依然として未解決です。著者らは本研究を各クラス内の更なる分類と詳細なモデル構築の出発点として位置づけています。