挖坑:N=8超引力

李淼

从上个月15号开始到今天,一直休息不好,今天下午(该是昨天下午了)睡了两三个小时,补了点觉,觉得很爽。

后天(明天)去台北参加一个宇宙学会议,会议期间估计不会写太多的东西,也许会报道一下所见所闻。现在挖一个坑,谈谈N=8超引力,因为最近有两篇文章声称,这个理论可能是有限的。

如果一个包含引力的场论是有限的,影响将会很大。

我在做研究生的时候,这个理论很有名,那时我甚至在一个研究生刊物上写了一篇文章,居然说这个理论可能是终极理论。那本研究生杂志非常粗糙,错别字很多,可惜现在找不到了。杂志的主编程艺也跑到安徽省当教育厅长去了,那时看到他带几个同学吆喝卖杂志,就觉得他是当官的料 :-)

好了,挖坑结束。先睡一觉,明天再写。

我们要谈的第一篇文章是

Non-renormalisation Conditions in Type II String Theory and Maximal Supergravity

Green,Russo和Vanhove分析了11维超引力和与之相关的IIA,IIB型超弦理论中4引力子的有效作用量,得出一个结论:4维N=8超引力的4引力子散射振幅很可能在所有圈都是有限的。

在介绍他们的主要论据之前,我们先回顾一下什么是N=8超引力。

在4维时空中,如果我们想保持自旋不超过2,最多只能有8个Majorana超对称。如果想保持自旋不超过1,最多只能有4个超对称,这就是有名的N=4超对称规范理论,这个理论是微扰有限的,而且还有S对偶,即强弱对偶。现在,没有多少人怀疑N=4超对称规范理论是有限的量子场论。在最简单的U(1)理论中,有8个玻色子,8个费米子,其中,玻色子中有一个矢量场、6个标量场。当规范群是U(N),一般认为,这个理论等价于一个5维反de Sitter时空中的量子引力理论,只是著名的全息对偶。

当超对称的数目达到8个时,有128个玻色子,128个费米子,此时理论是唯一的,就是N=8超引力理论。与N=4超对称规范理论不同的是,这个没有可调的自由参数,而后者有两个,一个是规范耦合常数,一个是群的轶。这个极大超引力理论中含有一个引力子,28个矢量粒子,70个标量粒子。

过去关于超引力微扰论的最好的结果是,极大超引力可能在4圈也是有限的(见我的《超弦史话》,也许近几年有更好的结果)。

现在我们可以复述一下Green等人的论据了。考虑4引力子相互作用,他们在利用超弦中的对偶(IIB)等限制得出,在h圈上,有效作用量的形式是(第一项)

D^{2h}R^4

其中R是曲率,D是协变微商,当然上式只是一个简写,我们忽略了复杂的张量结构。在h圈上,有效作用量会出现一个因子G^{h-1},这里牛顿常数类似于Planck常数。量纲分析于是告诉我们,如果我们引进紫外截断\Lambda,则有:

G^{h-1}\Lambda^{(d-4)h-6}\int d^dxD^{2h}R^4

很明显,如果\Lambda的指数非正,上式不发散,我们得出结论,如果

d\le 4+6/h

那么在h圈最多有对数发散,特别当d\le 4时,没有发散。

这个结论虽然是针对4引力子有效作用量得到的,很可能对所有n引力子有效作用量都成立,因为不同散射振幅之间有么正条件给出的联系。

如果极大超引力真的是有限的,人们可以将它拿来作为反对弦论的理由(虽然上面的证据来自于弦论本身!),因为弦论存在的最大理由之一是微扰有限性。

极大超引力在经典层次上有所谓的U对偶,过去一般认为这个U对偶在量子层次上不复存在,因为超引力本身没有量子定义,U对偶只存在于其弦论的扩充中(或者叫弦论的完备化中)。假如极大超引力是有限的,从而在量子论中是存在的,还有没有U对偶?

弦论中U对偶的重要证据之一是孤子之间的对偶,这些孤子通常来自于高维膜,例如将弦绕在一个圆上,在4维中看起来就是一个孤子。极大超引力完全与高维退耦,从而不存在这样的孤子。虽然孤子不存在了,却不能肯定U对偶就不存在。

回到Green等人的证据,首先我们看到,4引力子在h圈的第一项形式很关键。如果少一个协变导数,情况就不同了,此时要多出一个\Lambda因子,所以,较少的协变导数项都互相抵消了。如果有较多的协变导数,不会影响有限性。我们还可以看到,由于协变导数的数目是2h,越是高能,高圈的贡献就越大。

人生若只如初见

回到北京,照例要去五道口的光合作用书店的,看到几本安意如的书,随手买回来一本《人生若只如初见》,觉得写得不错。后来才知道作者是个仅仅22岁的姑娘。

搜到她的博客,也值得看:

安意如大海


『注』 本文来自 博客李淼, 原文链接 http://limiao.net/168, 发表于 2006年11月13日 3:04:02。有 45 条评论。

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