[論文レビュー] Braneworld effective action: An alternative to Kaluza-Klein reduction

A. O. Barvinsky, Alexander Yu. Kamenshchik+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2002

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、Kaluza-Klein還元を回避する新しい手法を用いて、2-braneのランダール＝サンズモデルにおけるブレーンワールド有効作用を導出する。この手法では、計量およびラディオン場をブレーン上で直接扱う。質量ゼロおよび質量のある重力子モードを同定し、ブレーンが合体する極限において、質量のあるモードの質量が発散することを示す。これはブレーンワールドインフレーションモデルを支持し、厚いブレーンの衝突における反発的ブレーン間ポテンシャルの可能性を示唆する。一方、モード混合は、重力波天文観測に関連するラディオン誘導重力子振動を可能にする。

ABSTRACT

We construct the braneworld effective action in the two-brane Randall-Sundrum model in a setup alternative to Kaluza-Klein reduction: The action is written as a functional of the two metric and radion fields on the branes. In the low-energy spectrum of the model we find two - one massless and one massive - graviton modes, the mass of the massive mode diverging in the limit of merging branes. Our results confirm a recently proposed model of braneworld inflation with diverging branes. They also suggest the possibility of a new mechanism for a repulsive interbrane potential which can underlie the model of colliding "thick" branes in the Big Crunch/Big Bang transitions in cosmology. Mixing of the obtained massless and massive modes can be interpreted as radion-induced graviton oscillations potentially interesting for gravitational wave astronomy.

研究の動機と目的

• Kaluza-Klein還元の代替手法として、2-braneのランダール＝サンズモデルにおけるブレーンワールド有効作用を導出すること。
• 低エネルギーにおける重力子スペクトルを解析し、質量ゼロおよび質量のあるモードの性質を特定すること。
• ブレーンが合体する極限における質量のある重力子モードの質量が発散することの意味を検討すること。
• ラディオンダイナミクスから生じる反発的ブレーン間ポテンシャルの可能性を調査すること。
• 質量ゼロおよび質量のある重力子モードの混合が、重力波探査に関連する観測可能な振動を引き起こす可能性を検討すること。

提案手法

• Kaluza-Kleinモード分解を回避するため、有効作用を2つのブレーン上での計量およびラディオン場の汎関数として定式化する。
• バックグラウンド場法を用いて、バルクおよびブレーンの寄与を分離し、ブレーンに局在する自由度に焦点を当てる。
• 低エネルギー極限における有効作用に微分展開を適用し、長波長ダイナミクスを捉える。
• 計量およびラディオン場における2次作用の対角化により、物理的重力子モードを同定する。
• ラディオンの存在下での重力子伝播関数の固有値を計算することで、質量スペクトルを解析する。
• 2つのブレーンが互いに近づく極限における質量のあるモードの振る舞いを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Kaluza-Klein還元を用いずに、ブレーン上の場のみを動的変数として用いる場合、ブレーンワールド有効作用はどのように異なるか？
• RQ2 この新しい形式主義下で、2-braneのランダール＝サンズモデルにおける低エネルギー重力子スペクトルの構造はいかなるものか？
• RQ3 ブレーンが合体する極限において、質量のある重力子モードの質量はどのように変化するか？
• RQ4 ラディオン場のダイナミクスは、宇宙論的文脈において反発的ブレーン間ポテンシャルを生成できるか？
• RQ5 質量ゼロおよび質量のある重力子モードの混合は、重力波天文観測に関連する観測可能な振動を引き起こす可能性があるか？

主な発見

• 計量およびラディオン場をブレーン上での汎関数として有効作用を構築でき、Kaluza-Klein還元の代替として有効であることが示された。
• 低エネルギースペクトルには、1つの質量ゼロおよび1つの質量のある重力子モードが含まれており、期待される4次元重力およびKaluza-Klein励起状態と整合的である。
• ブレーンが合体する極限において、質量のある重力子モードの質量が発散することが確認され、ブレーンワールドインフレーションモデルの主要予測を裏付けた。
• この発散は、自然な反発的ブレーン間ポテンシャルのメカニズムを示唆し、宇宙論的遷移における厚いブレーン衝突の安定化可能性を示唆する。
• 質量ゼロおよび質量のある重力子モードの混合は、ラディオン誘導重力子振動と解釈可能であり、重力波探査のための新しいシグネチャーオプションを提供する。