[論文レビュー] Extending bimetric models of massive gravity to avoid to rely on the Vainshtein mechanism on local scales and the Higuchi bound on cosmological scales

Antonio De Felice, Shinji Mukohyama+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、局所スケールにおけるVainshtein機構と宇宙論的スケールにおけるHiguchi限界を回避するため、二重重力理論における重ヒッグス粒子質量を環境依存性にすることで、重力質量を動的に調整するモデルを提案する。重ヒッグス粒子質量と強い結合スケールを局所エネルギー密度に依存させる事で、局所的重力テストとの整合性と宇宙論的安定性を保ちながら、物理的に妥当でUV完備なフレームワークを実現する。

ABSTRACT

This article extends bimetric formulations of massive gravity to make the mass of the graviton to depend on its environment. This minimal extension offers a novel way to reconcile massive gravity with local tests of general relativity without invoking the Vainshtein mechanism. On cosmological scales, it is argued that the model is stable and that it circumvents the Higuchi bound, hence relaxing the constraints on the parameter space. Moreover, with this extension the strong coupling scale is also environmentally dependent in such a way that it is kept sufficiently higher than the expansion rate all the way up to the very early universe, while the present graviton mass is low enough to be phenomenologically interesting. In this sense the extended bigravity theory serves as a partial UV completion of the standard bigravity theory. This extension is very generic and robust and a simple specific example is described.

研究の動機と目的

• Vainshteinスクリーニング機構に依存せずに、一般相対性理論の局所的テストと重力質量理論の整合性を保つこと。
• 標準的重力質量理論で制限を受けるde Sitter時空におけるHiguchi限界を回避すること。
• 宇宙全期間にわたり、強い結合スケールがハッブルレートを超えて保たれることを保証すること。
• 高エネルギー領域で部分的に完備化された、一般的で頑健なビグリビティの拡張を提供すること。
• 観測と整合する低エネルギーでの現在の重ヒッグス粒子質量を持つ、物理的に妥当なモデルを構築すること。

提案手法

• 局所エネルギー密度に応じて変化する環境依存的重ヒッグス粒子質量を導入し、固定された質量パラメータの仮定を破ること。
• 局所曲率または物質密度に結合するスカラー場や関数を含むように、二重重力作用を修正し、重ヒッグス粒子質量を動的に調整すること。
• 高密度および低密度領域における線形化された運動方程式を導出し、スクリーニングと安定性を評価すること。
• de Sitter極限を解析し、質量項の環境依存性によりHiguchi限界が回避されることを確認すること。
• エネルギー密度関数としての強い結合スケールを評価し、すべての時代にわたってハッブルレートを超えて保たれることを確認すること。
• モデルの整合性と頑健性を示すために、具体的で最小限の例を構築すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Vainshtein機構を用いずに、重力質量理論を局所的重力テストと整合可能にすることができるか？
• RQ2 環境依存的重ヒッグス粒子質量は、宇宙論的スケールでHiguchi限界を回避可能か？
• RQ3 宇宙全期間にわたり、現在の低エネルギーでの重ヒッグス粒子質量を維持しつつ、強い結合スケールを十分に高く保てるか？
• RQ4 拡張された二重重力理論は安定しており、タキオン的またはゴースト的不安定性を避けるか？
• RQ5 この拡張は、標準的ビグリビティ理論の部分的UV完備化として機能できるか？

主な発見

• 局所スケールでは、重ヒッグス粒子質量が局所密度に応じて適応することで、Vainshtein機構の必要性が回避され、太陽系のテストとの整合性が保たれる。
• 宇宙論的スケールでは、重ヒッグス粒子質量の環境依存性によりHiguchi限界が回避され、パラメータ空間への制約が緩和される。
• 高密度領域では強い結合スケールが動的に上昇し、初期宇宙を含めてもハッブルレートを超えて保たれる。
• 現在の重ヒッグス粒子質量は、観測と整合する十分に低い値であり、現在の宇宙論的および天体物理学的制約と整合する。
• 線形摂動の下で理論は安定しており、de Sitter極限においてゴーストやタキオン的不安定性を避ける。
• シンプルで明確なモデル実装が構築され、理論の頑健さと一般性が示され、ビグリビティの最小限の拡張としての有効性が裏付けられる。