[論文レビュー] Cosmic Optical Activity in a Randall-Sundrum Braneworld with Torsion

Debaprasad Maity, Soumitra SenGupta|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、ねじれを伴うランダム＝サンズのブレーンワールドにおける宇宙的光学活性を調査し、カルブ＝ラマールド反対称テンソル場と電磁気学がチェーン＝シモンズ項を通じて結合するメカニズムに注目する。ブレーンワールドの設定により、可視ブレーン上を伝播する平面偏光電磁波の光学的回転が著しく増幅されることを明らかにしたが、これは、宇宙規模の回転が観測されないという天体物理学的観測結果と矛盾する。

ABSTRACT

Optical activity of electromagnetic waves in a string inspired Kalb-Ramond cosmological background is studied in presence of extra spacetime dimension. The Kalb-Ramond-electromagnetic coupling which originates from the gauge anomaly cancelling Chern-Simons term in a string inspired model, is explicitly calculated following Randall-Sundrum braneworld conjecture. It is shown that the Randall-Sundrum scenario leads to an enormous enhancement of the optical rotation of a plane polarized electromagnetic wave propagating on the visible brane.Absence of any experimental support in favour of such a large rotation in astrophysical experiments on distant galactic radio waves indicates an apparent conflict between Randall-Sundrum brane world scenario and the presence of Kalb-Ramond antisymmetric tensor field in the background spacetime.

研究の動機と目的

• ストリング理論に由来するカルブ＝ラマールド場の影響がランダム＝サンズのブレーンワールドにおける電磁波の伝播に与える影響を調査すること。
• ゲージ異常キャンセリングのためのチェーン＝シモンズ項が高次元時空における光学的活性に与える影響を分析すること。
• ランダム＝サンズの設定が、宇宙的光学回転に関する観測限界と整合しているかどうかを評価すること。
• ブレーンワールド枠組み内でのカルブ＝ラマールド場が引き起こす光学的回転の大きさを特定すること。

提案手法

• 1つの追加次元をS1/Z2オービフォールドにコンパクト化したランダム＝サンズモデルを採用する。
• カルブ＝ラマールド場を、チェーン＝シモンズ相互作用項を通じて電磁気学と結合する背景場として組み込む。
• ブレーンワールドのコンパクト化手順を用いて、可視ブレーン上でのカルブ＝ラマールド場と電磁波の有効結合を計算する。
• 可視ブレーン上を伝播する平面偏光電磁波の光学的回転角を導出する。
• 導出された光学的回転の式を用いて、遠方銀河からの偏光電波の観測制約と予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カルブ＝ラマールド場の存在が、ランダム＝サンズのブレーンワールドにおける電磁波の偏光にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ブレーンワールド設定では、4次元モデルと比較して光学的回転角がどの程度増幅されるか？
• RQ3 本モデルで予測される光学的回転の程度は、遠方電波源の天体物理学的観測と整合しているか？
• RQ4 チェーン＝シモンズ項は、この枠組みにおいてカルブ＝ラマールド場と電磁気学の間の結合をどのように媒介しているか？

主な発見

• ランダム＝サンズのブレーンワールド設定により、可視ブレーン上を伝播する電磁波の光学的回転が著しく増幅される。
• カルブ＝ラマールド場と電磁気学との間のチェーン＝シモンズ項による結合のおかげで、光学的回転角が極めて大きくなる。
• 予測される回転の大きさは、遠方銀河からの偏光電波の天体物理学的測定から導かれた観測限界をはるかに上回る。
• この不一致は、カルブ＝ラマールド背景を持つランダム＝サンズのブレーンワールドモデルと現在の天体物理学的データとの間に根本的な矛盾があることを示している。