<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//ES//DTD journal article DTD version 5.6.0//EN//XML" "art560.dtd"><article xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:sa="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-aff/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" docsubtype="sco" xml:lang="en"><item-info><jid>PLB</jid><aid>138031</aid><ce:article-number>138031</ce:article-number><ce:pii>S0370-2693(23)00365-9</ce:pii><ce:doi>10.1016/j.physletb.2023.138031</ce:doi><ce:copyright year="2023" type="other">The Author(s)</ce:copyright><ce:doctopics><ce:doctopic id="doc0010"><ce:text>Theory</ce:text></ce:doctopic></ce:doctopics></item-info><head><ce:title id="ti0010">A new gravitational action for the trace anomaly</ce:title><ce:author-group id="ag0010"><ce:author id="au0010" author-id="S0370269323003659-ae7e37d58f6bd3e33ec88790a8121550"><ce:given-name>Gregory</ce:given-name><ce:surname>Gabadadze</ce:surname><ce:e-address type="email" xlink:href="mailto:gg32@nyu.edu" id="ea0010">gg32@nyu.edu</ce:e-address></ce:author><ce:affiliation id="aff0010" affiliation-id="S0370269323003659-5b29d229d9fd6e81a0c623eb93001f3c"><ce:textfn>Center for Cosmology and Particle Physics, Department of Physics, New York University, 726 Broadway, New York, NY, 10003, USA</ce:textfn><sa:affiliation><sa:organization>Center for Cosmology and Particle Physics</sa:organization><sa:organization>Department of Physics</sa:organization><sa:organization>New York University</sa:organization><sa:address-line>726 Broadway</sa:address-line><sa:city>New York</sa:city><sa:state>NY</sa:state><sa:postal-code>10003</sa:postal-code><sa:country>USA</sa:country></sa:affiliation><ce:source-text id="srct0005">Center for Cosmology and Particle Physics, Department of Physics, New York University, 726 Broadway, New York, NY, 10003, USA</ce:source-text></ce:affiliation></ce:author-group><ce:date-received day="8" month="2" year="2023"/><ce:date-revised day="13" month="6" year="2023"/><ce:date-accepted day="13" month="6" year="2023"/><ce:miscellaneous id="ms0010">Editor: M. Trodden</ce:miscellaneous><ce:abstract id="ab0010"><ce:section-title id="st0010">Abstract</ce:section-title><ce:abstract-sec id="as0010"><ce:simple-para id="sp0010">The question of building a local diff-invariant effective gravitational action for the trace anomaly is reconsidered. General Relativity (GR) combined with the existing action for the trace anomaly is an inconsistent low energy effective field theory. This issue is addressed by extending GR into a certain scalar-tensor theory, which preserves the GR trace anomaly equation, up to higher order corrections. The extension introduces a new mass scale – assumed to be below the Planck scale – that governs four high dimensional terms in a local diff-invariant trace anomaly action. Such terms can be kept, while an infinite number of Planck-suppressed invariants are neglected. The resulting theory maintains two derivative equations of motion. In a certain approximation it reduces to the conformal Gallileon, which could have physical consequences.</ce:simple-para></ce:abstract-sec></ce:abstract><ce:data-availability id="dav0001"><ce:section-title id="st0080">Data availability</ce:section-title><ce:para id="pr0550">No data was used for the research described in the article.</ce:para></ce:data-availability></head><body><ce:sections><ce:section id="se0010" role="introduction"><ce:label>1</ce:label><ce:section-title id="st0020">Introduction and summary</ce:section-title><ce:para id="pr0010">General Relativity (GR), combined with a quantum field theory exhibiting the gravitational trace anomaly <ce:cross-ref refid="br0010" id="crf0010">[1]</ce:cross-ref>, and described by its effective action <ce:cross-refs refid="br0020 br0030" id="crs0010">[2,3]</ce:cross-refs>, is an inconsistent field theory, despite the existence of a local diff-invariant trace anomaly action (see, <ce:cross-refs refid="br0040 br0050" id="crs0020">[4,5]</ce:cross-refs>, and discussions below). Such a theory is strongly coupled at an arbitrarily low energy scale, as was shown in <ce:cross-ref refid="br0060" id="crf0020">[6]</ce:cross-ref> in a different context. The inconsistency stems from the fact that the conformal part of a metric is not a propagating degree of freedom in classical GR.<ce:cross-ref refid="fn0010" id="crf0030"><ce:sup>1</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0010"><ce:label>1</ce:label><ce:note-para id="np0010">A propagating degree of freedom is defined as a mode with proper quadratic time derivative and spatial gradient terms in Minkowski space-time, which is not removable by gauge transformations or by field redefinitions, nor it is restricted by constraints. The scale factor of the Fridmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) metric is a conformal mode which has a ghost-like (“wrong sign”) quadratic time derivative term in the GR action. This “wrong-sign” is crucial for FLRW cosmology. However, the scale factor is not a propagating degree of freedom because its spatial dynamics is constrained within GR; had it been a propagating mode, it would have led to unsurmountable instabilities because of its ghost-like quadratic time derivative term. The GR action supports only two propagating modes, the helicity ±2 states of a massless graviton, often referred as the tensor modes.</ce:note-para></ce:footnote> This issue is fully relevant to GR coupled to the Standard Model (SM) of particle physics.</ce:para><ce:para id="pr0020">One way to avoid the inconsistency is to augment GR so that the conformal mode turns into a proper propagating degree of freedom, without spoiling observational consequences of GR, as it is proposed in this work. An alternative to the augmentation of GR would be to cancel the trace anomaly by introducing additional low energy degrees of freedom.</ce:para><ce:para id="pr0030">As a reminder, one is concerned with the invariance of a quantum field theory (QFT) – such as the SM – with respect to global scale transformations. At the classical level the scale invariance could be exact, as in the Maxwell theory, or it could be violated explicitly, as in a massive scalar theory, or in GR. The quantum theory violates the scale invariance generically, irrespective of whether the classical theory is or is not scale invariant. This violation appears in the trace of a stress-tensor, as it was first shown for gauge fields <ce:cross-refs refid="br0070 br0080" id="crs0030">[7,8]</ce:cross-refs>, and subsequently for a gravitational field <ce:cross-ref refid="br0010" id="crf0040">[1]</ce:cross-ref>. The latter will be the focus on this work.</ce:para><ce:para id="pr0040">It is useful to build a low energy effective action that would incorporate quantum loops of the matter fields (see, <ce:cross-ref refid="br0090" id="crf0050">[9]</ce:cross-ref> and references therein). The variation of such a quantum effective action would give rise to the equations of motion which capture the trace anomaly <ce:cross-refs refid="br0020 br0030" id="crs0040">[2,3]</ce:cross-refs>. These equations could then be solved in various physical settings, notably in astrophysics and cosmology, with a benefit that the solutions would automatically contain quantum effects due to the trace anomaly.</ce:para><ce:para id="pr0050">Riegert constructed a local effective action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, which captures the trace anomaly in its equations of motion <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0060">[2]</ce:cross-ref> (Efim Fradkin and Tseytlin <ce:cross-ref refid="br0030" id="crf0070">[3]</ce:cross-ref>, built the same action in conformal gravity, practically at the same time <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0080">[2]</ce:cross-ref>). This construction was done for a particular class of constrained fields, and hence was regarded by Riegert as breaking diff-invariance.</ce:para><ce:para id="pr0060">Komargodski and Schwimmer <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0090">[4]</ce:cross-ref> showed that the same functional, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, but written in terms of unconstrained fields, gives a diff-invariant trace anomaly action. This finding placed the Riegert action on a solid footing, which it lacked for many years. Moreover, ref. <ce:cross-ref refid="br0050" id="crf0100">[5]</ce:cross-ref>, showed that the Riegert action emerges as a local diff-invariant Wess-Zumino term in a coset for a non-linearly realized conformal symmetry, broken by the scale anomaly.</ce:para><ce:para id="pr0070">These findings offer an important perspective: the GR action depends on the metric <ce:italic>g</ce:italic> and its derivatives. The metric <ce:italic>g</ce:italic> can formally be decomposed as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and GR can be viewed as a theory non-linearly realizing a Weyl symmetry that shifts <ce:italic>σ</ce:italic> and conformally transforms <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, keeping <ce:italic>g</ce:italic> invariant. In GR this is a “spurious” symmetry since the above split of <ce:italic>g</ce:italic> is arbitrary, and the <ce:italic>σ</ce:italic> field can be gauged away by the very same Weyl transformations. However, the Riegert action is a local diff-invariant functional of <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> which is not invariant under the “spurious” Weyl transformations <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0110">[4]</ce:cross-ref>. Thus, the local diff-invariant action containing the Einstein-Hilbert and Riegert terms, both written in terms of <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, can be viewed as an action non-linearly realizing the “spurious” Weyl symmetry <ce:cross-ref refid="br0050" id="crf0120">[5]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0080">The above arguments, however, suggests that something must be wrong: the field <ce:italic>σ</ce:italic> was “spurious” in GR, but becomes unremovable once GR is supplemented by the Riegert action. Indeed, in the GR action the metric field can absorb the kinetic term of <ce:italic>σ</ce:italic>, rendering it in the Riegert action infinitely strongly coupled at arbitrarily low energies <ce:cross-ref refid="br0060" id="crf0130">[6]</ce:cross-ref>.<ce:cross-ref refid="fn0020" id="crf0140"><ce:sup>2</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0020"><ce:label>2</ce:label><ce:note-para id="np0020">Komargodski and Schwimmer constructed the local diff-invariant Riegert action, and combined it with GR to prove the <ce:italic>a-theorem</ce:italic> (for an earlier work using a non-local Riegert action for the a-theorem, see <ce:cross-ref refid="br0100" id="crf0150">[10]</ce:cross-ref>). They used the metric field for symmetry bookkeeping, but its dynamics was unimportant for the proof itself; hence the metric was frozen, and only the conformal mode (a dilaton) was utilized <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0160">[4]</ce:cross-ref>. The issue discussed here does not affect the Komargodski-Schwimmer proof of the a-theorem, since their construction does not require a dynamical tensor field <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0170">[4]</ce:cross-ref>. See more comments in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0180">4</ce:cross-ref>.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0090">One way to resolve this problem is to augment the classical GR action and only then couple it to a quantum field theory. I will show that the following action<ce:display><ce:formula id="fm0010"><ce:label>(1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si24.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si5.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si6.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pl</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and the two metric tensors connected as<ce:display><ce:formula id="fm0020"><ce:label>(2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si7.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> gives a viable low energy theory of gravity with a proper propagating conformal mode, that can be consistently coupled to the Riegert action. The “spurious” Weyl transformation, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si8.svg"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si9.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, with an arbitrary <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, would have made <ce:italic>σ</ce:italic> gauge-removable in GR, however, this is not a symmetry of the second term in the action <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0190">(1)</ce:cross-ref>, and therefore <ce:italic>σ</ce:italic> can't be gauged away. Furthermore, the action <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0200">(1)</ce:cross-ref> possesses a global symmetry that neither the first nor the second term on the r.h.s. separately has (Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf0210">2</ce:cross-ref>).</ce:para><ce:para id="pr0100">Combining <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0220">(1)</ce:cross-ref> with the results of <ce:cross-refs refid="br0020 br0030 br0040" id="crs0050">[2–4]</ce:cross-refs>, the total effective action that captures the GR trace anomaly equation reads as follows:<ce:display><ce:formula id="fm0030"><ce:label>(3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> has the form <ce:cross-refs refid="br0020 br0030 br0040" id="crs0060">[2–4]</ce:cross-refs><ce:display><ce:formula id="fm0040"><ce:label>(4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si12.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with the Euler (Gauss-Bonnet) invariant, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si13.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, and the Weyl tensor squared, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si14.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>. The action <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf0230">(4)</ce:cross-ref> emerges as a Wess-Zumino term in a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si15.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> coset, which can be recast as a boundary term in 5D <ce:cross-ref refid="br0050" id="crf0240">[5]</ce:cross-ref>; this distinguishes <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf0250">(4)</ce:cross-ref> from other terms in the effective field theory. Note that the <ce:italic>a</ce:italic>-terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> belong to the general class of the Horndeski theories giving rise to second order equations of motion <ce:cross-ref refid="br0110" id="crf0260">[11]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0110">There are an infinite number of additional higher dimensional counter-terms supplementing <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf0270">(3)</ce:cross-ref>. All these terms will be suppressed by respective powers of the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pl</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>, or of higher scales, such as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si17.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>; they will be neglected. At the same time, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> retains a finite number of terms which are suppressed by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>, or by certain geometric mean scales such as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si19.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, all of them lower than <ce:italic>M</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr0120">It is due to the separation of scales between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <ce:italic>M</ce:italic> that one can regard <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf0280">(3)</ce:cross-ref> as a meaningful low energy action obtained by “integrating out” quantum loops of a QFT. The coefficients <ce:italic>a</ce:italic> and <ce:italic>c</ce:italic> depend on numbers and representations of the low energy physical degrees of freedom <ce:cross-ref refid="br0010" id="crf0290">[1]</ce:cross-ref>. The very same degrees of freedom, could also give rise to classical sources for the gravitational field. Hence the action <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf0300">(3)</ce:cross-ref> should be supplemented by the classical action for the fields representing those low energy degrees of freedom, but without quantizing those fields further.<ce:cross-ref refid="fn0030" id="crf0310"><ce:sup>3</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0030"><ce:label>3</ce:label><ce:note-para id="np0030">Not all quantum loops are proportional to the positive powers of <ce:italic>ħ</ce:italic> when massive fields are involved, some classical effects emerge from such loops <ce:cross-ref refid="br0120" id="crf0320">[12]</ce:cross-ref>. Hence, one might worry that without considering the quantum loops some classical effects would be lost. However, keeping the respective classical fields in the effective action would enable one to retain those classical effects via nonlinear classical perturbation theory (or via exact classical or numerical solutions).</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0130">The signature used in this work is “mostly plus”, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si21.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The Ricci tensor convention is as follows, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math>; Riegert, following Ref. <ce:cross-ref refid="br0090" id="crf0330">[9]</ce:cross-ref>, uses the “mostly minus” signature, and the opposite sign for the curvature tensor. Ref. <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0340">[4]</ce:cross-ref> uses the “mostly minus” signature, the curvature convention opposite to Riegert's, and their <ce:italic>τ</ce:italic> and <ce:italic>g</ce:italic> are, respectively, −<ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> here. The actions in refs. <ce:cross-refs refid="br0020 br0030" id="crs0070">[2,3]</ce:cross-refs>, <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf0350">[4]</ce:cross-ref>, and in eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf0360">(4)</ce:cross-ref> agree with each other after these different conventions are taken into consideration.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0020"><ce:label>2</ce:label><ce:section-title id="st0030">The <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si23.svg"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> theory</ce:section-title><ce:para id="pr0140">Consider the action already quoted in the previous section<ce:display><ce:formula id="fm0050"><ce:label>(5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si24.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with the two metric tensors, <ce:italic>g</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, related to one another by <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0370">(2)</ce:cross-ref>. At the classical level, the above can be viewed as an action for one metric field – say, the metric <ce:italic>g</ce:italic> – and for the scalar <ce:italic>σ</ce:italic>, which gets its proper-sign kinetic term from the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si25.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> term.<ce:cross-ref refid="fn0040" id="crf0380"><ce:sup>4</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0040"><ce:label>4</ce:label><ce:note-para id="np0040">This would correspond to the Einstein frame. Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0390">4</ce:cross-ref> will instead regard this action as a functional of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <ce:italic>σ</ce:italic>, corresponding to the Jordan frame.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0150">Let us consider metric fluctuations above a flat background, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si26.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, and decompose them in a standard fashion according to the representations of the 3D rotation group (these approximate well fluctuations about an arbitrary nonsingular classical background at length scales much shorter than the characteristic curvature radius of the background):<ce:display><ce:formula id="fm0060"><ce:label>(6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si27.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si28.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si29.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si30.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are transverse three-vectors, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si31.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a transverse–traceless tensor, and <ce:italic>τ</ce:italic> is the conformal mode. Furthermore, one can choose the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si32.svg"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> gauge.<ce:cross-ref refid="fn0050" id="crf0400"><ce:sup>5</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0050"><ce:label>5</ce:label><ce:note-para id="np0050">The insertion of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si32.svg"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> gauge into the action does not lead to the loss on any constraints which might have emerged through the variation of the action w.r.t. <ce:italic>u</ce:italic> and <ce:italic>ρ</ce:italic>. This is so because in the quadratic action <ce:italic>u</ce:italic> and <ce:italic>ρ</ce:italic> enter only via a gauge invariant Lagrange multiplier, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si33.svg"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¨</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and therefore, the variation w.r.t. <ce:italic>n</ce:italic> is what's capturing the most restrictive constraint discussed below.</ce:note-para></ce:footnote> Then, the scalar part of the action <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf0410">(5)</ce:cross-ref> – which decouples from the tensor and vector parts – equals to the space-time integral of the following expression:<ce:display><ce:formula id="fm0070"><ce:label>(7)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> If the terms proportional to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si35.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> were absent, the variation of <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf0420">(7)</ce:cross-ref> w.r.t. <ce:italic>n</ce:italic> would have given a constraint, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si36.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, rendering the conformal mode, <ce:italic>τ</ce:italic>, non-propagating. This however is no longer the case in <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf0430">(7)</ce:cross-ref>: its variation w.r.t. <ce:italic>n</ce:italic> gives another constraint, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si37.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, that relates the conformal mode <ce:italic>τ</ce:italic> to the scalar <ce:italic>σ</ce:italic>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, and a zero mode of the Laplacian has been removed by choosing the appropriate spatial boundary conditions.) Substituting the latter into <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf0440">(7)</ce:cross-ref>, one gets<ce:display><ce:formula id="fm0080"><ce:label>(8)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> which is the kinetic term for the conformal mode with the proper sign. This is the key feature of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si23.svg"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> theory.</ce:para><ce:para id="pr0160">It is convenient to rewrite <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf0450">(5)</ce:cross-ref> as follows:<ce:display><ce:formula id="fm0090"><ce:label>(9)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si41.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si42.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, and the covariant derivative, ∇, is that of the metric <ce:italic>g</ce:italic>. Owing to the choice of the sign of the second term on the right hand side of <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf0460">(5)</ce:cross-ref>, the kinetic term for the scalar Φ has the proper sign in <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0470">(9)</ce:cross-ref>; this sign will remain the same after complete diagonalization of the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0480">(9)</ce:cross-ref>, as shown in Appendix.</ce:para><ce:para id="pr0170">The scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> enters the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0490">(9)</ce:cross-ref> only through the vacuum expectation value (VEV), <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si43.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>, this VEV is within the realm of the effective field theory. The last two terms in <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0500">(9)</ce:cross-ref> non-linearly realize a Weyl symmetry which transforms <ce:italic>g</ce:italic>, and is explicitly broken by the Einstein-Hilbert term.</ce:para><ce:para id="pr0180">It is straightforward to check that the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0510">(9)</ce:cross-ref> is invariant w.r.t. the following transformations of the fields<ce:display><ce:formula id="fm0100"><ce:label>(10)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si44.svg"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si45.svg"><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, with <ce:italic>λ</ce:italic> being an arbitrary constant.<ce:cross-ref refid="fn0060" id="crf0520"><ce:sup>6</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0060"><ce:label>6</ce:label><ce:note-para id="np0060">The symmetry transformations <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0530">(10)</ce:cross-ref> may look mysterious, but their essence is simple: in Appendix it is shown that certain non-linear conformal transformations of <ce:italic>g</ce:italic> and Φ, bring the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0540">(9)</ce:cross-ref> to that of GR coupled to a massless scalar field kinetic term, which is invariant w.r.t. the shift symmetry. The shift transformation, once rewritten in terms of the original variables, gives <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0550">(10)</ce:cross-ref>.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0190">Furthermore, there exists an invariant combination of the metrics <ce:italic>g</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math><ce:display><ce:formula id="fm0110"><ce:label>(11)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si46.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and if a QFT coupled to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> in a conventional manner, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si48.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo></mml:math>, then it will also be invariant. Since one should require, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si49.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, the coupling to the QFT is approximated by the coupling to the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si50.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The resulting classical equations approximate GR, as long as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>.<ce:cross-ref refid="fn0070" id="crf0560"><ce:sup>7</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0070"><ce:label>7</ce:label><ce:note-para id="np0070">One could consider a different approach in which QFT fields would couple to <ce:italic>g</ce:italic>, instead of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, thus breaking the symmetry <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0570">(10)</ce:cross-ref>. This would result in new terms generated in the effective action due to the QFT loops, notably the mass term for the <ce:italic>σ</ce:italic> field would be induced. The latter would be proportional to some positive power of the UV scale of the QFT, suppressed by powers of <ce:italic>M</ce:italic>. Furthermore, <ce:italic>σ</ce:italic> would couple to the stress-tensor in the linearized approximation, providing a gravity-competing force at distances smaller than inverse mass of <ce:italic>σ</ce:italic>. One would then need to impose a constraint on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to suppress the coupling of <ce:italic>σ</ce:italic> to the stress-tensor. While this is a logical possibility, it would also lead to the trace anomaly equation being modified as compared with that of GR (such modifications can be kept small by imposing constraints on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>). The present work focuses on a scenario where the symmetry <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0580">(10)</ce:cross-ref> is preserved by the QFT coupling, but can be adopted to the case when the matter couples to <ce:italic>g</ce:italic>.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0200">The requirement of the invariance under <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0590">(10)</ce:cross-ref> prohibits certain terms to be added to the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0600">(9)</ce:cross-ref>. For instance, an additional kinetic term for Φ, the cosmological constant, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si51.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>, the quadratic mass term, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si52.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, and the quartic term, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si53.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, don't respect the symmetry <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0610">(10)</ce:cross-ref>, and are prohibited to enter the action with arbitrary coefficients. That said, there is a particular combination of the latter three terms which is invariant under <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0620">(10)</ce:cross-ref><ce:display><ce:formula id="fm0120"><ce:label>(12)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si54.svg"><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with Λ being some arbitrary dimensionful constant. If the above term is included in the action then both the quadratic and quartic terms for Φ will be connected to the cosmological constant. The cosmological constant Λ will be tuned to zero (or be vanishingly small as compared to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) and this will also nullify the quadratic and quartic terms in <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf0630">(12)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0210">The term in <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf0640">(12)</ce:cross-ref> is nothing other than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si55.svg"><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. One could also consider the terms, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si57.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, to be added to the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0650">(9)</ce:cross-ref>, with arbitrary coefficients; these terms would individually respect the symmetry <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0660">(10)</ce:cross-ref>. However, only one linear combination of the above two terms retains the structure of the action <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0670">(1)</ce:cross-ref> intact, which is necessary to preserve the same trace anomaly equation as one gets in GR (see Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0680">4</ce:cross-ref>). Therefore, in addition to the fine tuning of the cosmological constant, one needs to adopt another fine tuning of the relative coefficients between the above two terms.<ce:cross-ref refid="fn0080" id="crf0690"><ce:sup>8</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0080"><ce:label>8</ce:label><ce:note-para id="np0080">One could relax this tuning somewhat to obtain the trace anomaly equation that would slightly differ from that of GR; this is easy to do but there is no urgency to pursue such extensions.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0220">The action <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0700">(1)</ce:cross-ref>, and the relation <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0710">(2)</ce:cross-ref>, are invariant under the following “duality” transformations: <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si58.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">↔</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si59.svg"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">↔</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si60.svg"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math>. The latter leads to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si61.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, rendering the following three terms invariant, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si62.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si57.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>; furthermore, coupling of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to massless scalars, spinors, and vector fields can be made invariant by inserting appropriate powers of <ce:italic>M</ce:italic> in front of their kinetic terms. Therefore, the above “duality symmetry” does not help to avoid the need for the fine tuning of the two parameters discussed above.</ce:para><ce:para id="pr0230">The equations of motion that follow from <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0720">(9)</ce:cross-ref> read:<ce:display><ce:formula id="fm0130"><ce:label>(13)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si64.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="mmlbr0001" linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0001" linebreakstyle="before">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> where one can easily include the matter stress-tensor on the r.h.s. of the first equation. It is straightforward to show that a flat FLRW solution of GR is also a solution of <ce:cross-ref refid="fm0130" id="crf0730">(13)</ce:cross-ref>, amended by the matter stress-tensor.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0030"><ce:label>3</ce:label><ce:section-title id="st0040">Toward the quantum effective theory</ce:section-title><ce:para id="pr0240">In general, one could quantize <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0740">(9)</ce:cross-ref> as an effective low energy action (see <ce:cross-ref refid="br0130" id="crf0750">[13]</ce:cross-ref>, and references to earlier literature). However, there is no need for a general approach here. Instead, one could regard gravity as a dynamical classical field coupled to a QFT <ce:cross-ref refid="br0090" id="crf0760">[9]</ce:cross-ref>. This is justified at energy scales much below the Planck scale.</ce:para><ce:para id="pr0250">Quantum loops of the QFT, including the loops by which one would integrate out possible Planck scale physics, will generate an infinite number of higher-dimensional terms that one needs to include in the effective action. To deal with the loop divergencies one could use, e.g., dimensional regularization.</ce:para><ce:para id="pr0260">Due to the symmetry <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0770">(10)</ce:cross-ref> of the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0780">(9)</ce:cross-ref> and of its coupling to a QFT, all the higher dimensional terms should also be invariant under <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0790">(10)</ce:cross-ref>.<ce:cross-ref refid="fn0090" id="crf0800"><ce:sup>9</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0090"><ce:label>9</ce:label><ce:note-para id="np0090">I will neglect non-perturbative quantum gravity effects due to, e.g., black holes or worm holes, which are expected to violate global symmetries, and in particular to violate <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0810">(10)</ce:cross-ref>. Such violations are exponentially suppressed at low energies in the quasi-classical approximation <ce:cross-ref refid="br0140" id="crf0820">[14]</ce:cross-ref>; they should be contrasted to the violation due to the trace anomaly, which is suppressed only by the powers of the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and will be included in the effective action.</ce:note-para></ce:footnote> Hence, one could identify all the symmetry preserving terms by writing all possible invariants in terms of the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, expressed in terms of <ce:italic>g</ce:italic> and Φ. Furthermore, the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> approximately equals to <ce:italic>g</ce:italic>, up to the corrections of the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si65.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, hence, one could just use <ce:italic>g</ce:italic> as an approximation. The goal of this section is to understand at what energy scales are those counter-terms significant.</ce:para><ce:para id="pr0270">To achieve this goal, let us introduce dimensionful fields<ce:display><ce:formula id="fm0140"><ce:label>(14)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si66.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and consider two different limits of the theory <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0830">(9)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0280">First, consider the limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si67.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, while <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is fixed, and <ce:italic>H</ce:italic> and Σ are finite. It is then straightforward to see that the Lagrangian in <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0840">(9)</ce:cross-ref> reduces to a free field theory of <ce:italic>H</ce:italic> and Σ<ce:display><ce:formula id="fm0150"><ce:label>(15)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si68.svg"><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denotes the linearized Einstein tensor. The coupling to the stress-tensor, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si70.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, is proportional to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si71.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>, up to additional corrections of the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si72.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>, and also vanishes in the limit as long as the stress-tensor is held finite. These considerations show that the loop-generated counter-terms in the full nonlinear theory should vanish in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si67.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> limit.</ce:para><ce:para id="pr0290">Second, consider the limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si67.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si73.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si74.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> being fixed; the fields <ce:italic>H</ce:italic> and Σ are held finite in this limit, too. The resulting Lagrangian reads<ce:display><ce:formula id="fm0160"><ce:label>(16)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si75.svg"><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si76.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denotes the linearized Ricci scalar, and the coupling to the matter stress-tensor is proportional to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si71.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>, up to the additional corrections of the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si72.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>. The expression <ce:cross-ref refid="fm0160" id="crf0850">(16)</ce:cross-ref> represents a free field theory of a kinetically mixed tensor and scalar fields, and can easily be diagonalized by a linear conformal transformation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si77.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Therefore, the counter terms of the full nonlinear theory ought to vanish in the second limit, too. The latter condition is more restrictive than the one obtained from the first limit above. It implies that there will not exist counter-terms proportional to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si78.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si79.svg"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:math>. In particular, the following counter terms<ce:display><ce:formula id="fm0170"><ce:label>(17)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si80.svg"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> will be absent for arbitrary integers <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si81.svg"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si82.svg"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> (i.e., such terms will not be generated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si81.svg"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si82.svg"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> even if they form combinations that are invariant under <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0860">(10)</ce:cross-ref>).</ce:para><ce:para id="pr0300">Let us now summarize the results of the above discussions in terms of the fields of the action <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0870">(9)</ce:cross-ref>. One concludes that the counter-terms in <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0880">(9)</ce:cross-ref> will be proportional to<ce:display><ce:formula id="fm0180"><ce:label>(18)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si83.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>□</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>□</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Each of these counter-terms will have corrections that make them invariant under <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf0890">(10)</ce:cross-ref>, however, each of these corrections are higher order in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si65.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0310">All of these counter terms are suppressed by <ce:italic>M</ce:italic>. Furthermore, due to the VEV, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si43.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, some of the higher dimensional operators will end up depending on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, too:<ce:display><ce:formula id="fm0190"><ce:label>(19)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si84.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>□</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The lowest scale that suppresses the latter operators is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si85.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, which is significantly higher than <ce:italic>M</ce:italic>, thanks to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0320">All the arguments above apply to conventional local counter-terms encountered in the conventional perturbative series expansion in powers of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0130" id="crf0900">[13]</ce:cross-ref>. This however says nothing about possible non-local terms that may arise from the loops. Due to their nonlocal nature such terms could remain significant even when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si87.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. The trace anomaly introduces precisely such terms, which can then be rewritten as local term but at the expense of introducing a new field, <ce:italic>σ</ce:italic>. The new terms in the effective action are suppressed by the scale much smaller than <ce:italic>M</ce:italic>. Hence, it is meaningful to keep the trace-anomaly induced terms, but ignore all the other conventional higher dimensional counter terms suppressed by <ce:italic>M</ce:italic> and higher scales, as done below.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0040"><ce:label>4</ce:label><ce:section-title id="st0050">The effective action</ce:section-title><ce:para id="pr0330">The scale anomaly in the trace of a massless QFT stress-tensor reads <ce:cross-ref refid="br0010" id="crf0910">[1]</ce:cross-ref>:<ce:display><ce:formula id="fm0200"><ce:label>(20)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si88.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>□</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where the coefficients <ce:italic>a</ce:italic> and <ce:italic>c</ce:italic> depend on the field content of the theory, while <ce:italic>b</ce:italic> is arbitrary, and for that reason will not be included.<ce:cross-ref refid="fn0100" id="crf0920"><ce:sup>10</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0100"><ce:label>10</ce:label><ce:note-para id="np0100">Both, <ce:italic>b</ce:italic>, and the gauge field trace anomaly <ce:cross-refs refid="br0070 br0080" id="crs0080">[7,8]</ce:cross-refs>, can easily be included in the effective action <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0930">[2]</ce:cross-ref>.</ce:note-para></ce:footnote> The goal is to find an effective action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si89.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, which incorporates the loop effects of the QFT so that the trace of its metric variation gives <ce:cross-ref refid="fm0200" id="crf0940">(20)</ce:cross-ref><ce:display><ce:formula id="fm0210"><ce:label>(21)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si90.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Riegert <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0950">[2]</ce:cross-ref>, argued that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si89.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> cannot be written as a local diff-invariant functional if one uses only one field, <ce:italic>g</ce:italic>. Yet, the variation of the total action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si91.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, should give rise to a local equation for the trace anomaly, with the r.h.s. defined by <ce:cross-ref refid="fm0210" id="crf0960">(21)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0340">To find the action, Riegert introduced a decomposition, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, with the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> restricted to have a fixed determinant <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0970">[2]</ce:cross-ref>. Using this decomposition, Riegert constructed a local action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, such that the variation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si94.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> w.r.t. <ce:italic>σ</ce:italic> gives the trace anomaly equation. The functional <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> was regarded in <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0980">[2]</ce:cross-ref> as breaking diff-invariance since the determinant of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> had been fixed <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf0990">[2]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0350">It is however straightforward to restore diff-invariance in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>: one could use exactly the same action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, but declare that the restriction on the determinant of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> has been lifted. Conversely, such a diff-invariant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> would yield back Riegert's original local but non-invariant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, after gauge-fixing the determinant of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0360">Logically, Komargodski and Schwimmer <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf1000">[4]</ce:cross-ref> reconstructed Riegert's action <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, as a functional of two fields, <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, without assuming any constraint on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, only requiring that the action reproduce the trace anomaly upon simultaneous Weyl transformations of <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0370">Furthermore, the same <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> was obtained as a Wess-Zumino term in a coset construction for non-linearly realized conformal symmetry <ce:cross-ref refid="br0050" id="crf1010">[5]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0380">The above facts suggest that the local and invariant Riegert action, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, given in <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1020">(4)</ce:cross-ref>, should perhaps play a more fundamental role than it did in Riegert's construction, where it was merely used as an intermediate step toward motivating a non-local action.<ce:cross-ref refid="fn0110" id="crf1030"><ce:sup>11</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0110"><ce:label>11</ce:label><ce:note-para id="np0110">Riegert's subsequent procedure of constructing a non-local but diff-invariant functional introduces a four derivative term in the action <ce:cross-ref refid="br0020" id="crf1040">[2]</ce:cross-ref>. This rout unavoidably leads to a negative energy state, a ghost (or to violation to unitarity). It is also an unnecessary rout – as argued, a local and diff-invariant effective action for the trace anomaly does exist. More general actions with four-derivative terms were explored in <ce:cross-ref refid="br0150" id="crf1050">[15]</ce:cross-ref>, with some potentially interesting applications. Regretfully, these actions also have ghosts.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0390">To this end, one could add the action <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1060">(4)</ce:cross-ref> to the GR action expressed in terms of <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, and treat both <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> as dynamical fields without assuming any constraint on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. This theory, however, describes an infinitely strongly coupled system when restricted to its Minkowski background <ce:cross-ref refid="br0060" id="crf1070">[6]</ce:cross-ref>. It is a strongly coupled theory with an unacceptably low strong coupling scale on any small curvature background. This is so because the theory, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si94.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, does not contain a kinetic term for <ce:italic>σ</ce:italic>. An apparent kinetic term for <ce:italic>σ</ce:italic> in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> can be removed by a field redefinition of the metric, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si96.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi></mml:math>, rendering the <ce:italic>σ</ce:italic> field endowed with nonlinear interactions in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si97.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, but without a quadratic kinetic term. Such a theory is intractable as an effective field theory.<ce:cross-ref refid="fn0120" id="crf1080"><ce:sup>12</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0120"><ce:label>12</ce:label><ce:note-para id="np0120">This is not an issue for the work <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf1090">[4]</ce:cross-ref> insofar as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is not a dynamical field and is frozen to equal to the flat space metric; in the latter case the GR action gives a kinetic term for <ce:italic>σ</ce:italic>, albeit with a wrong overall sign. This sign can be flipped to the correct one by choosing a “wrong sign” GR term to start with; this does not cause a problem in <ce:cross-ref refid="br0040" id="crf1100">[4]</ce:cross-ref> since the theory does not use the dynamics of tensor perturbations.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0400">To bring some normalcy, one needs to introduce a kinetic term for <ce:italic>σ</ce:italic>. However, adding in any new term explicitly depending on <ce:italic>σ</ce:italic> – besides the ones already present in <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1110">(4)</ce:cross-ref> – would spoil the recovery of the correct trace anomaly. One way out is to use the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si23.svg"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> theory as a functional of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <ce:italic>σ</ce:italic>, where the new term, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si25.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, does not depend on <ce:italic>σ</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr0410">This leads one to explore a new action consisting of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si23.svg"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> theory plus <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1120">(4)</ce:cross-ref>:<ce:display><ce:formula id="fm0220"><ce:label>(22)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si98.svg"><mml:msub id="mmlbr0002"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0002" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> This is a local diff-invariant functional of <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. It can be viewed as an effective action for quantized <ce:italic>σ</ce:italic> and QFT.<ce:cross-ref refid="fn0130" id="crf1130"><ce:sup>13</ce:sup></ce:cross-ref><ce:footnote id="fn0130"><ce:label>13</ce:label><ce:note-para id="np0130">Note that the Riegert action in the second line in <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1140">(22)</ce:cross-ref> contains the Galileon terms that are not suppressed by <ce:italic>M</ce:italic>. These can be understood as terms obtained by “integrating in” the <ce:italic>σ</ce:italic> field to make the otherwise nonlocal anomaly action be local. In such a case, not all the terms containing <ce:italic>σ</ce:italic> should be suppressed by <ce:italic>M</ce:italic>. Conversely, integrating out <ce:italic>σ</ce:italic> would lead to nonlocal terms, all of them suppressed by <ce:italic>M</ce:italic>.</ce:note-para></ce:footnote></ce:para><ce:para id="pr0420">The classical matter fields – not shown in <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1150">(22)</ce:cross-ref> – couple to the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si99.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Variation of the action <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1160">(22)</ce:cross-ref> with respect to <ce:italic>σ</ce:italic>, with a subsequent substitution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si96.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi></mml:math>, gives an equation that does not depend on <ce:italic>σ</ce:italic><ce:display><ce:formula id="fm0230"><ce:label>(23)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.25em"/></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo stretchy="false">⇒</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> which is exactly the trace-anomaly equation.</ce:para><ce:para id="pr0430">Now that the tensor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is an unconstrained dynamical field, one should vary <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1170">(22)</ce:cross-ref> w.r.t. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, too. This variation will give ten modified Einstein's equations. One can show that the trace of these equations does not coincide with the equation <ce:cross-ref refid="fm0230" id="crf1180">(23)</ce:cross-ref>. Thus, there are eleven independent equations: one equation of motion of <ce:italic>σ</ce:italic>, and ten equations for ten components of the symmetric tensor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. By determining <ce:italic>σ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> from these equations, one can determine <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:math>, which is the metric experienced by the classical matter fields. The modified Einstein equations approximate well the conventional equations as long as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math>, and as long as the stress-tensor is much smaller than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si102.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0440">Alternatively, one could rewrite the ten equations for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> as ten equations for <ce:italic>g</ce:italic>, which would also depend on <ce:italic>σ</ce:italic>. The <ce:italic>σ</ce:italic> equation, on the other hand, can entirely be kept in terms of <ce:italic>g</ce:italic> <ce:cross-ref refid="fm0230" id="crf1190">(23)</ce:cross-ref>. Thus, there would still be eleven equations for eleven unknowns, <ce:italic>g</ce:italic> and <ce:italic>σ</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr0450">The theory given by <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1200">(22)</ce:cross-ref> is strongly coupled at the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. This can be seen in the flat space expansion of <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1210">(22)</ce:cross-ref> obtained either by taking the limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si67.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, or by the substitution<ce:display><ce:formula id="fm0240"><ce:label>(24)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si103.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In either case, the theory reduces to a conformal Galileon of the canonically normalized field, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si104.svg"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0160" id="crf1220">[16]</ce:cross-ref>, with the nonlinear Galileon terms suppressed by the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math><ce:display><ce:formula id="fm0250"><ce:label>(25)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si105.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where the dots stand for sub-leading terms suppressed by powers of <ce:italic>M</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr0460">Below the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> the full theory <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1230">(22)</ce:cross-ref> is weakly coupled and describes three degrees of freedom – two helicity states of a massless graviton, and one massless scalar, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si104.svg"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. The later becomes strongly coupled at the scale of the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, as seen from the Galileon terms in <ce:cross-ref refid="fm0250" id="crf1240">(25)</ce:cross-ref>. The Lagrangian <ce:cross-ref refid="fm0250" id="crf1250">(25)</ce:cross-ref> makes it clear that the theory without the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si106.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> term is untenable – taking <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si107.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> leaves the nonlinear terms in <ce:cross-ref refid="fm0250" id="crf1260">(25)</ce:cross-ref> infinitely strongly coupled.</ce:para><ce:para id="pr0470">The additional scalar, <ce:italic>σ</ce:italic>, does not couple to the stress tensor in the linearized approximation in Minkowski space, therefore there is no fifth force constraint. It can couple to matter on curved backgrounds. Physical consequences of the action <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1270">(22)</ce:cross-ref> will be studies elsewhere.</ce:para><ce:para id="pr0480"><ce:bold>Comments added:</ce:bold> After this article appeared in the arXiv, Pedro Fernandes communicated that the action which he derived in <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1280">[17]</ce:cross-ref> using different principles, is equivalent to the action given above in <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1290">(22)</ce:cross-ref> (up to some obvious terms). Indeed, if one transforms the action <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1300">(22)</ce:cross-ref> from the Jordan frame to the Einstein frame, and then changes the field <ce:italic>σ</ce:italic> to −<ce:italic>ϕ</ce:italic>, one obtains the respective terms in the action (14) of <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1310">[17]</ce:cross-ref>. Moreover, the “duality” discussed in the present work in Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1320">2</ce:cross-ref>, transforms the action <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1330">(22)</ce:cross-ref> into the action (14) of ref. <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1340">[17]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0490">The action in ref. <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1350">[17]</ce:cross-ref> was derived based on purely classical principles, by answering the question: what is the most general scalar-tensor theory of gravity with the second order equations of motion that has the scalar equation invariant under the conformal transformations, even if the action is not conformally invariant? Furthermore, the invariance of the scalar equation of motion enabled Fernandes to find exact analytic solutions of the theory <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1360">[17]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0500">It is encouraging that such a different principle gave rise to the action of <ce:cross-ref refid="br0170" id="crf1370">[17]</ce:cross-ref>, which was derived in the present work based on the consistency of the effective field theory of gravity with the quantum trace anomaly. The anomaly perspective of the present work is essential: its outcome is that GR needs to be amended by a scalar degree of freedom – as it is done in the trace anomaly action <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf1380">(22)</ce:cross-ref> – in order for GR to be consistently coupled to a QFT with the trace anomaly. If so, then there has to exist a new physical scale, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si108.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pl</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, governing the interactions of the scalar with itself, and governing – along with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si109.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pl</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> – its interactions with the SM fields. An alternative to the above is to cancel the trace anomaly by introducing other light degrees of freedom.</ce:para> </ce:section></ce:sections><ce:conflict-of-interest id="coi0001"><ce:section-title id="st0090">Declaration of Competing Interest</ce:section-title><ce:para id="pr0560">The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.</ce:para></ce:conflict-of-interest><ce:acknowledgment id="ac0010"><ce:section-title id="st0060">Acknowledgements</ce:section-title><ce:para id="pr0510">I'd like to thank Massimo Porrati, David Spergel, and Giorgi Tukhashvili for useful discussions, and Pedro Fernandes and Arkady Tseytlin for helpful communications. The work was supported in part by <ce:grant-sponsor id="gsp0010" sponsor-id="https://doi.org/10.13039/100000001">NSF</ce:grant-sponsor> grant <ce:grant-number refid="gsp0010">PHY-2210349</ce:grant-number>.</ce:para></ce:acknowledgment><ce:appendices><ce:section id="se0050"><ce:label>Appendix A</ce:label><ce:para id="pr0520">A complete diagonalization of <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf1390">(9)</ce:cross-ref> can be done by using the following conformal transformation<ce:display><ce:formula id="fm0260"><ce:label>(26)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si110.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> It brings the action for the metric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to the canonical form<ce:display><ce:formula id="fm0270"><ce:label>(27)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si111.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The above conformal transformation is non-singular, and <ce:cross-ref refid="fm0270" id="crf1400">(27)</ce:cross-ref> is sensible, as long as<ce:display><ce:formula id="fm0280"><ce:label>(28)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si112.svg"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo stretchy="false">⇒</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In addition, the effective theory is valid if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si113.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, which is a stronger constraint.</ce:para><ce:para id="pr0530">The scalar field action in <ce:cross-ref refid="fm0270" id="crf1410">(27)</ce:cross-ref> can be simplified further: it can be reduced to a free field interacting with gravity, thanks to the following non-linear field redefinition<ce:display><ce:formula id="fm0290"><ce:label>(29)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The resulting action reads:<ce:display><ce:formula id="fm0300"><ce:label>(30)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si115.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mn>6</mml:mn><mml:mspace width="0.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The latter makes the symmetries of the sigma model more explicit: the Lagrangian is invariant w.r.t. the rescaling<ce:display><ce:formula id="fm0310"><ce:label>(31)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <ce:italic>λ</ce:italic> is an arbitrary constant. This symmetry is the shift symmetry of the scalar field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si117.svg"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that has only a kinetic term in <ce:cross-ref refid="fm0300" id="crf1420">(30)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0540">Note that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <ce:italic>U</ce:italic> are related to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <ce:italic>σ</ce:italic> through nonlinear transformations. However, the path integral <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si118.svg"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> does not equal to the path integral <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si119.svg"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In other words, the nonlinear conformal transformation from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, and the quantization procedure for the scalar and QFT, do not commute with one another. If one were to start with <ce:cross-ref refid="fm0300" id="crf1430">(30)</ce:cross-ref> and combine it with the Riegert action for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, one would get an infinitely strongly coupled theory. Instead, the Riegert action that needs to be added to <ce:cross-ref refid="fm0300" id="crf1440">(30)</ce:cross-ref> can be obtained from the Riegert action for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, by using the respective nonlinear conformal transformation from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. The obtained action will be strongly coupled at the scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>.</ce:para></ce:section></ce:appendices></body><tail><ce:bibliography id="bl0010"><ce:section-title id="st0070">References</ce:section-title><ce:bibliography-sec id="bs0010"><ce:bib-reference id="br0010"><ce:label>[1]</ce:label><sb:reference id="bib5900607EA19FCC07E44F505B669BB9C2s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.M.</ce:given-name><ce:surname>Capper</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Duff</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Lett. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>53</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1975</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>361</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib5900607EA19FCC07E44F505B669BB9C2s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Duff</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nucl. Phys. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>125</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1977</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>334</sb:first-page><sb:last-page>348</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib5900607EA19FCC07E44F505B669BB9C2s3"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.M.</ce:given-name><ce:surname>Christensen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Duff</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Lett. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>76</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1978</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>571</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0010">D. M. Capper and M. J. Duff, Phys. Lett. A 53, 361 (1975); M. J. Duff, Nucl. Phys. B 125, 334-348 (1977); S. M. Christensen and M. J. Duff, Phys. Lett. B 76, 571 (1978)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0020"><ce:label>[2]</ce:label><sb:reference id="bib6C314EF6419C04342BA38DC25F4ECE28s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.J.</ce:given-name><ce:surname>Riegert</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Lett. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>134</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1984</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>56</sb:first-page><sb:last-page>60</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0015">R. J. Riegert, Phys. Lett. B 134, 56-60 (1984)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0030"><ce:label>[3]</ce:label><sb:reference id="bib1E2F86B95D78D7F8CFCBDC1A07B2FBD7s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.S.</ce:given-name><ce:surname>Fradkin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.A.</ce:given-name><ce:surname>Tseytlin</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Lett. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>134</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1984</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>187</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0020">E. S. Fradkin and A. A. Tseytlin, Phys. Lett. B 134, 187 (1984)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0040"><ce:label>[4]</ce:label><sb:reference id="bibA32356331CF2A7F56E45306FC6D328D9s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Komargodski</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Schwimmer</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. High Energy Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>12</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:article-number>099</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:1107.3987" id="inf0010">arXiv:1107.3987 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0025">Z. Komargodski and A. Schwimmer, JHEP 12, 099 (2011) [arXiv:1107.3987 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0050"><ce:label>[5]</ce:label><sb:reference id="bib2DD42AA85B948BBAD46B229D52647412s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Gabadadze</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Tukhashvili</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>102</sb:volume-nr></sb:series><sb:issue-nr>2</sb:issue-nr><sb:date>2020</sb:date></sb:issue><sb:article-number>024054</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:2005.01729" id="inf0020">arXiv:2005.01729 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0030">G. Gabadadze and G. Tukhashvili, Phys. Rev. D 102, no.2, 024054 (2020) [arXiv:2005.01729 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0060"><ce:label>[6]</ce:label><sb:reference id="bibFF8F3B2601338785BA30AC26188290DFs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Bonifacio</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Hinterbichler</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.A.</ce:given-name><ce:surname>Johnson</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>102</sb:volume-nr></sb:series><sb:issue-nr>2</sb:issue-nr><sb:date>2020</sb:date></sb:issue><sb:article-number>024029</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:2004.10716" id="inf0030">arXiv:2004.10716 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0035">J. Bonifacio, K. Hinterbichler and L. A. Johnson, Phys. Rev. D 102, no.2, 024029 (2020) [arXiv:2004.10716 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0070"><ce:label>[7]</ce:label><sb:reference id="bibC1DD498D4A498E49378F0F8687D5FA90s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.J.</ce:given-name><ce:surname>Crewther</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>28</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1972</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1421</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0040">R. J. Crewther, Phys. Rev. Lett. 28, 1421 (1972)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0080"><ce:label>[8]</ce:label><sb:reference id="bib0FC97156D10895C84A9D16D8A6EFA648s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.S.</ce:given-name><ce:surname>Chanowitz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.R.</ce:given-name><ce:surname>Ellis</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Lett. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>40</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1972</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>397</sb:first-page><sb:last-page>400</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0045">M. S. Chanowitz and J. R. Ellis, Phys. Lett. B 40, 397-400 (1972)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0090"><ce:label>[9]</ce:label><sb:reference id="bib19A4279BC8CD8C16C174E687884DBC66s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>N.D.</ce:given-name><ce:surname>Birrell</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.C.W.</ce:given-name><ce:surname>Davies</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum Fields in Curved Space</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1994</sb:date><sb:publisher><sb:name>Cambridge University Press</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0050">N.D. Birrell, P.C.W. Davies, “Quantum Fields in Curved Space”, Cambridge University Press, 1994.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0100"><ce:label>[10]</ce:label><sb:reference id="bib59C02A432FDB52699A25548A3FDD214Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Anselmi</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Ann. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>276</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1999</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>361</sb:first-page><sb:last-page>390</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:hep-th/9903059" id="inf0040">arXiv:hep-th/9903059 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0055">D. Anselmi, Annals Phys. 276, 361-390 (1999) [arXiv:hep-th/9903059 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0110"><ce:label>[11]</ce:label><sb:reference id="bib686FC05F64455CA67770248499236F29s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>G.W.</ce:given-name><ce:surname>Horndeski</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Int. J. Theor. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>10</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1974</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>363</sb:first-page><sb:last-page>384</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0060">G. W. Horndeski, Int. J. Theor. Phys. 10, 363-384 (1974)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0120"><ce:label>[12]</ce:label><sb:reference id="bib548DF4F467C3D560C79784A3A3D1431Fs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.R.</ce:given-name><ce:surname>Holstein</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.F.</ce:given-name><ce:surname>Donoghue</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>93</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>201602</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:hep-th/0405239" id="inf0050">arXiv:hep-th/0405239 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0065">B. R. Holstein and J. F. Donoghue, Phys. Rev. Lett. 93, 201602 (2004) [arXiv:hep-th/0405239 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0130"><ce:label>[13]</ce:label><sb:reference id="bib23FEDAF810C3553409B409F004638122s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.F.</ce:given-name><ce:surname>Donoghue</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>50</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1994</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>3874</sb:first-page><sb:last-page>3888</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:gr-qc/9405057" id="inf0060">arXiv:gr-qc/9405057 [gr-qc]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:gr-qc/9512024" id="inf0130">arXiv:gr-qc/9512024 [gr-qc]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:1209.3511" id="inf0140">arXiv:1209.3511 [gr-qc]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0070">J. F. Donoghue, Phys. Rev. D 50, 3874-3888 (1994) [arXiv:gr-qc/9405057 [gr-qc]]. [arXiv:gr-qc/9512024 [gr-qc]]. [arXiv:1209.3511 [gr-qc]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0140"><ce:label>[14]</ce:label><sb:reference id="bibF54B1653722629374F0F45C4C9595C84s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Kallosh</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.D.</ce:given-name><ce:surname>Linde</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.A.</ce:given-name><ce:surname>Linde</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Susskind</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>52</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1995</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>912</sb:first-page><sb:last-page>935</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:hep-th/9502069" id="inf0070">arXiv:hep-th/9502069 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0075">R. Kallosh, A. D. Linde, D. A. Linde and L. Susskind, Phys. Rev. D 52, 912-935 (1995) [arXiv:hep-th/9502069 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0150"><ce:label>[15]</ce:label><sb:reference id="bib361121B3F19D6A79D8C6FC2B439D2A34s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Antoniadis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Mottola</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>45</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1992</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2013</sb:first-page><sb:last-page>2025</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib361121B3F19D6A79D8C6FC2B439D2A34s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Antoniadis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.O.</ce:given-name><ce:surname>Mazur</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Mottola</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>55</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1997</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>4770</sb:first-page><sb:last-page>4784</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:hep-th/9509169" id="inf0080">arXiv:hep-th/9509169 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib361121B3F19D6A79D8C6FC2B439D2A34s3"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Antoniadis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.O.</ce:given-name><ce:surname>Mazur</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Mottola</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>79</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1997</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>14</sb:first-page><sb:last-page>17</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:astro-ph/9611208" id="inf0090">arXiv:astro-ph/9611208 [astro-ph]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib361121B3F19D6A79D8C6FC2B439D2A34s4"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Mottola</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. High Energy Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>11</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2022</sb:date></sb:issue><sb:article-number>037</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:2205.04703" id="inf0100">arXiv:2205.04703 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0080">I. Antoniadis and E. Mottola, Phys. Rev. D 45, 2013-2025 (1992); I. Antoniadis, P. O. Mazur and E. Mottola, Phys. Rev. D 55, 4770-4784 (1997) [arXiv:hep-th/9509169 [hep-th]]; I. Antoniadis, P. O. Mazur and E. Mottola, Phys. Rev. Lett. 79, 14-17 (1997) [arXiv:astro-ph/9611208 [astro-ph]]; E. Mottola, JHEP 11, 037 (2022) [arXiv:2205.04703 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0160"><ce:label>[16]</ce:label><sb:reference id="bib0543BD57C3C67906D87CEF47610DC8D2s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Nicolis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Rattazzi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Trincherini</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>79</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>064036</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:0811.2197" id="inf0110">arXiv:0811.2197 [hep-th]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0085">A. Nicolis, R. Rattazzi and E. Trincherini, Phys. Rev. D 79, 064036 (2009) [arXiv:0811.2197 [hep-th]].</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0170"><ce:label>[17]</ce:label><sb:reference id="bib21080924B5D026E4A6011EB987AE1EC8s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.G.S.</ce:given-name><ce:surname>Fernandes</ce:surname></sb:author></sb:authors></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>103</sb:volume-nr></sb:series><sb:issue-nr>10</sb:issue-nr><sb:date>2021</sb:date></sb:issue><sb:article-number>104065</sb:article-number></sb:host><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/preprint" xlink:href="arxiv:2105.04687" id="inf0120">arXiv:2105.04687 [gr-qc]</ce:inter-ref></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0090">P. G. S. Fernandes, Phys. Rev. D 103, no.10, 104065 (2021) [arXiv:2105.04687 [gr-qc]].</ce:source-text></ce:bib-reference></ce:bibliography-sec></ce:bibliography></tail></article>