論文の概要: Entropy and Spectrum of Near-Extremal Black Holes: semiclassical brane solutions to non-perturbative problems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.20321v2
- Date: Mon, 16 Sep 2024 13:19:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-18 01:06:42.700424
- Title: Entropy and Spectrum of Near-Extremal Black Holes: semiclassical brane solutions to non-perturbative problems
- Title（参考訳）: 近端ブラックホールのエントロピーとスペクトル:非摂動問題に対する半古典的ブレーン解
- Authors: Sergio Hernández-Cuenca,
- Abstract要約: ブラックホールエントロピーは指数的に低温で負に変化する。
この負性性は、量子重力の効果的な理論に対して、アンサンブル記述を伴うものでなければならないことを示す。
低エネルギーランダムマトリクススペクトルの解析では、超対称性理論におけるスペクトルギャップの起源も説明できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The black hole entropy has been observed to generically turn negative at exponentially low temperatures $T\sim e^{-S_0}$ in the extremal Bekenstein-Hawking entropy $S_0$, a seeming pathology often attributed to missing non-perturbative effects. In fact, we show that this negativity must happen for any effective theory of quantum gravity with an ensemble description. To do so, we identify the usual gravitational entropy as an annealed entropy $S_a$, and prove that this quantity gives $S_0$ at extremality if and only if the ground-state energy is protected by supersymmetry, and diverges negatively otherwise. The actual thermodynamically-behaved quantity is the average or quenched entropy $S_q$, whose calculation is poorly understood in gravity: it involves replica wormholes in a regime where the topological expansion breaks down. Using matrix integrals we find new instanton saddles that dominate gravitational correlators at $T\sim e^{-S_0}$ and are dual to semiclassical wormholes involving dynamical branes. These brane solutions give the leading contribution to any black hole very near extremality, and a duality with matrix ensembles would not make sense without them. In the non-BPS case, they are required to make $S_q$ non-negative and also enhance the negativity of $S_a$, both effects consistent with matrix integrals evaluated exactly. Our instanton results are tested against the on-shell action of D3-branes dual to multiply wrapped Wilson loops in $\mathcal{N}=4$ super-YM, and a precise match is found. Our analysis of low-energy random matrix spectra also explains the origin of spectral gaps in supersymmetric theories, not only when there are BPS states at zero energy, but also for purely non-BPS supermultiplets. In the former, our prediction for the gap in terms of the degeneracy of BPS states agrees with the R-charge scaling in gapped multiplets of $\mathcal{N}=2$ super-JT gravity.
- Abstract（参考訳）: ブラックホールのエントロピーは指数的に低い温度で負の転回を観測され、極端にベケンシュタイン・ホーキングエントロピーである$S_0$は、しばしば非摂動効果の欠如に起因すると思われる。
実際、この負性性は、量子重力の効果的な理論をアンサンブル記述で表わさなければならない。
そのため、通常の重力エントロピーをアニールエントロピー$S_a$と同定し、基底状態エネルギーが超対称性で保護されている場合に限り、この値が極値でS_0$であることを証明する。
実際の熱力学的振る舞い量は平均または焼成エントロピー$S_q$であり、その計算は重力では理解されていない。
行列積分を用いて、重力相関器を支配する新しいインスタントンサドルを$T\sim e^{-S_0}$で見つけ、動的ブレーンを含む半古典的なワームホールに双対である。
これらのブレイン解は、極端に近いブラックホールに主要な寄与を与え、行列のアンサンブルとの双対性はそれらなしでは意味をなさない。
非BPSの場合、それらは$S_q$を非負にし、さらに$S_a$の負性を高めることが要求される。
我々は,D3-branes双対のWilsonループを$\mathcal{N}=4$ Super-YMで乗算するオンシェル作用に対して実測を行い,正確な一致を見いだした。
低エネルギーランダムマトリクススペクトルの解析は、超対称性理論におけるスペクトルギャップの起源も説明しており、BPS状態がゼロエネルギーで存在するだけでなく、純粋に非BPSスーパーマルチプレットに対しても説明できる。
前者では、BPS状態の縮退によるギャップの予測は、$\mathcal{N}=2$ Super-JT重みのギャップ付き多重項におけるR電荷のスケーリングと一致する。
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