[論文レビュー] `Desert' in Energy or Transverse Space?

Constantin P. Bachas|ArXiv.org|Jul 5, 1999

Global Energy and Sustainability Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、素粒子物理学における従来の「エネルギー砂漠」の代替としてのブレーンワールド・スケナリオを検討し、電弱スケールとプランクスケールの間の階層的であるが大きな余剰次元（横方向空間）が、そのギャップを置き換える可能性を提案している。我々の3+1次元宇宙を高次元のボリューム内に埋め込んだブレーン上に置くことで、弱いスケールに新しい物理学を必要とせず、階層問題を回避する新しい電弱統一のメカニズムを提供する。

ABSTRACT

I review the issue of string and compactification scales in the weak-coupling regimes of string theory. I explain how in the Brane World scenario a (effectively) two-dimensional transverse space that is hierarchically larger than the string length may replace the conventional `energy desert' described by renormalizable supersymmetric QFT. I comment on the puzzle of unification in this context.

研究の動機と目的

• 従来の場の理論を超えた、弦理論およびコンパクト化スケールにおける階層問題の再表現。
• 大規模な横方向の余剰次元が、ローレンツ不変な超対称量子場の理論フレームワーク内での標準的「エネルギー砂漠」を置き換えられるかの調査。
• この代替案が電弱統一および新しい物理学のスケールに与える影響の分析。
• 弱いスケールに新しい物理学がない状況で、ブレーンワールド・スケナリオが階層問題を解決する可能性の評価。

提案手法

• 弱い結合領域における弦理論の分析を通じて、有効場理論記述の特定。
• 我々の宇宙が高次元のボリューム内に埋め込まれた3-braneであるブレーンワールド宇宙論の枠組みの適用。
• コンパクト化スケールおよび横方向の余剰次元のサイズがストリング長に対して果たす役割の検討。
• 有効場理論技法を用いて、高次元重力およびゲージ理論から低エネルギーの実験的性質を導出。
• 標準模型におけるエネルギースケールのギャップ（「砂漠」）と、横方向空間における幾何学的階層の比較。
• 電弱統一と弱いスケールに新しい物理学がないこととの整合性の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な横方向の余剰次元は、階層問題における従来のエネルギー砂漠を置き換えることができるか？
• RQ2 ブレーンワールド・スケナリオは、電弱統一の標準的図像をどのように変更するか？
• RQ3 階層的に大きな余剰次元が、量子重力および統一スケールに与える影響は何か？
• RQ4 弦理論の弱い結合領域は、この幾何学的解決法が階層問題に与える制約を支持するか、あるいは制限するか？
• RQ5 弱いスケールに新しい物理学がないことは、超対称性ではなく、大規模な横方向空間によって自然に説明できるか？

主な発見

• この論文は、電弱スケールとプランクスケールの間の従来のエネルギー砂漠が、ストリング長よりもはるかに大きな余剰次元を持つ横方向空間における幾何学的階層によって置き換えられ得ると提案している。
• ブレーンワールド・スケナリオにおいて、階層問題は弱いスケールに新しい物理学を導入することではなく、横方向次元の大きなサイズによって解決される。
• 有効4次元プランクスケールは余剰次元の体積によって生成され、階層の自然な説明が得られる。
• スケールを幾何学的に分離することにより、ヒッグス系の微調整を必要とせず、細調整の必要がなくなる。
• この枠組みにおいても電弱統一は維持可能であるが、修正されたカルラ・クラインスペクトルのため、統一スケールがずれる可能性がある。
• 分析の結果、弱いスケールに新しい物理学がないことは、超対称性ではなく、大規模な横方向次元の結果である可能性が示唆される。