[論文レビュー] Brane World Phenomenology and the Z_2 Symmetry

Anne-Christine Davis, Stephen C. Davis+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2000

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、Z₂対称性を有する・ない場合のbrane worldにおけるFriedmann方程式を導出し、Z₂対称性の破れが宇宙膨張ダイナミクスをどのように変えるかを示している。無限次元の余剰次元においてグローバル解を導出し、標準的なbrane worldと比較して、相転移、トポロジカルな欠陥、GUTスケールのバリオゲネシスにおける重要な物性的差異を明らかにしている。

ABSTRACT

The Friedmann equation for a positive tension brane world with and without the Z_2 symmetry is derived and the possible effects of dropping the Z_2 symmetry on the expansion of our Universe are discussed. The global solutions for the metric in the infinite extra dimension case are found; cosmological constraints are discussed. This is applied to various phenomenological aspects of brane worlds, including phase transitions, topological defects and GUT baryogenesis. Important differences to the usual case are elucidated.

研究の動機と目的

• Z₂対称性を緩めることによるbrane worldモデルにおける宇宙論的影響を調査すること。
• 正の張力を持つbraneに対して、Z₂対称性を有する・ない場合のFriedmann方程式を導出すること。
• Z₂対称性が存在しない場合、無限次元の余剰次元における宇宙の膨張速度にどのように影響を与えるかを特定すること。
• 非Z₂対称なbrane worldにおける、相転移、トポロジカルな欠陥、GUTスケールのバリオゲネシスといった物性的結果を調査すること。
• これらの結果を標準的なZ₂対称なbrane worldフレームワークと比較し、主要な物理的差異を同定すること。

提案手法

• Z₂境界条件を満たす・満たさない両ケースにおいて、5次元の真空中の正の張力を持つbraneに対する有効Friedmann方程式を導出する。
• 無限次元の余剰次元の状況において、適切な境界条件を満たすEinstein方程式を解き、計量のグローバル解を構築する。
• 導出された計量および宇宙論的方程式を用いて、Hubbleパラメータやエネルギー密度の関係を含む宇宙論的進化を分析する。
• Z₂対称性の破れが相転移に与える影響を、対称性の回復と臨界温度の観点から評価する。
• Z₂対称性が存在しない状況におけるトポロジカルな欠陥（例：宇宙的ストリングやドメインウォール）の形成と進化を評価する。
• バリオン数の破れとスファラネロン過程を分析することで、非対称なbrane worldにおけるGUTスケールのバリオゲネシスメカニズムの妥当性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Z₂対称性が欠落している場合、無限次元の余剰次元を持つbrane worldにおけるFriedmann方程式はどのように変化するか？
• RQ2 非Z₂対称な状況におけるグローバル計量解は何か？ そして、それらはbraneの宇宙論的進化にどのように影響を与えるか？
• RQ3 Z₂対称性の破れは、brane worldフレームワーク内での初期宇宙における相転移のダイナミクスにどのように影響を与えるか？
• RQ4 Z₂対称性が緩和された場合、トポロジカルな欠陥の形成と安定性にどのような影響があるか？
• RQ5 非Z₂対称なbrane worldにおいて、GUTスケールのバリオゲネシスは維持可能であり得るか？ また、標準的な状況とはどのように異なるか？

主な発見

• Z₂対称性が欠落している非対称なケースでは、特に初期宇宙において、標準的なZ₂対称な状況と比較して、Friedmann方程式の膨張ダイナミクスが修正されている。
• 無限次元の余剰次元における計量のグローバル解が得られ、Z₂対称性の欠如が非対称なバルク幾何と非自明なbrane-バルクエネルギー交換を引き起こすことが示された。
• 非Z₂ケースにおける相転移は、有効ポテンシャルの修正と対称性回復スケールの変化により変化し、臨界温度や転移の強度に影響を与える。
• 宇宙的ストリングやドメインウォールなどのトポロジカルな欠陥は、対称性の破れのパターンに応じて、生成や安定性の条件が異なる。
• GUTスケールのバリオゲネシスメカニズムは可能ではあるが、Z₂対称性の欠如により、スファラネロン遷移レートやバリオン数の破れプロセスが修正される。
• 本稿では、特に高レッドシフト領域において、Hubble膨張レートやエネルギー密度のスケーリングが変化するなど、宇宙論的進化における顕著な物性的差異を同定した。