개념완성

초대칭 게이지 이론 (SUSY Gauge Theory)

초대칭 양-밀스 이론

정의3.4$\mathcal{N}=1$ 초대칭 게이지 이론

게이지 군 GG에 대한 N=1\mathcal{N}=1 SUSY 게이지 이론의 라그랑지안:

L=14g2d2θtr(WαWα)+h.c.+d4θΦˉie2gVΦi+[d2θW(Φ)+h.c.]\mathcal{L} = \frac{1}{4g^2}\int d^2\theta\, \text{tr}(W^\alpha W_\alpha) + \text{h.c.} + \int d^4\theta\, \bar{\Phi}_i e^{2gV} \Phi^i + \left[\int d^2\theta\, W(\Phi) + \text{h.c.}\right]

성분으로 전개하면:

L=14FμνaFaμνiλˉaσˉμDμλa+12DaDa\mathcal{L} = -\frac{1}{4}F^a_{\mu\nu}F^{a\mu\nu} - i\bar{\lambda}^a\bar{\sigma}^\mu D_\mu\lambda^a + \frac{1}{2}D^a D^a

+Dμϕi2+iψˉiσˉμDμψi+FiFi+ |D_\mu\phi_i|^2 + i\bar{\psi}_i\bar{\sigma}^\mu D_\mu\psi_i + F_i^*F_i

2g(ϕiTaψi)λa2gλˉa(ψˉiTaϕi)+gDa(ϕiTaϕi)-\sqrt{2}g(\phi_i^* T^a \psi_i)\lambda^a - \sqrt{2}g\bar{\lambda}^a(\bar{\psi}_i T^a \phi_i) + gD^a(\phi_i^* T^a \phi_i)

+WϕiFi122Wϕiϕjψiψj+h.c.+ \frac{\partial W}{\partial\phi_i}F_i - \frac{1}{2}\frac{\partial^2 W}{\partial\phi_i\partial\phi_j}\psi_i\psi_j + \text{h.c.}

D-항과 스칼라 퍼텐셜

보조장 FiF_iDaD^a의 운동방정식을 대입하면:

정의3.5완전한 스칼라 퍼텐셜

V(ϕ,ϕˉ)=VF+VDV(\phi, \bar{\phi}) = V_F + V_D

F-항 기여:

VF=iWϕi2V_F = \sum_i \left|\frac{\partial W}{\partial\phi_i}\right|^2

D-항 기여:

VD=12a(giϕiTaϕi+ξa)2V_D = \frac{1}{2}\sum_a \left(g\sum_i \phi_i^* T^a \phi_i + \xi^a\right)^2

여기서 ξa\xi^a는 아벨 군 U(1)U(1)에 대해서만 허용되는 파예-일리오풀로스(Fayet-Iliopoulos) 항입니다.

초대칭 진공의 조건:

Fi=0(i),Da=0(a)F_i = 0 \quad (\forall i), \qquad D^a = 0 \quad (\forall a)

홀로모피와 정확한 결과

참고Seiberg의 정확한 결과들

초대칭 게이지 이론의 정칙성은 비섭동론적 결과를 가능하게 합니다:

1. NSVZ 정확 베타 함수 (N=1\mathcal{N}=1):

β(g)=g316π23C2(G)iT(Ri)(1γi)1C2(G)g2/8π2\beta(g) = -\frac{g^3}{16\pi^2}\frac{3C_2(G) - \sum_i T(R_i)(1 - \gamma_i)}{1 - C_2(G)g^2/8\pi^2}

2. Seiberg-Witten 정확해 (N=2\mathcal{N}=2):

프리포텐셜 F(a)\mathcal{F}(a)를 타원 곡선의 주기로 정확히 결정:

a(u)=AλSW,aD(u)=BλSWa(u) = \oint_A \lambda_{\text{SW}}, \qquad a_D(u) = \oint_B \lambda_{\text{SW}}

3. Seiberg 이중성 (N=1\mathcal{N}=1 SQCD):

NfN_f 맛의 SU(Nc)SU(N_c) SQCD는 NfN_f 맛의 SU(NfNc)SU(N_f - N_c) 이론과 적외선에서 동치 ("electric-magnetic duality").

예제SQCD의 위상 구조

SU(Nc)SU(N_c) 게이지 군, NfN_f 맛의 쿼크에 대해:

| NfN_f 범위 | 위상 | |-----------|------| | Nf<NcN_f < N_c | 동적 초대칭 깨짐 (ADS 초퍼텐셜) | | Nf=NcN_f = N_c | 양자 변형된 모듈라이 공간 | | Nf=Nc+1N_f = N_c + 1 | s-confinement | | 32Nc<Nf<3Nc\frac{3}{2}N_c < N_f < 3N_c | 등각 창 (Seiberg 이중성) | | Nf3NcN_f \geq 3N_c | 자유 이론 (적외선 자유) |

이 풍부한 구조는 초대칭의 비섭동론적 통제력을 보여줍니다.