[論文レビュー] Extra Dimensions and More

G. Landsberg|ArXiv.org|May 15, 2001

Quantum and Classical Electrodynamics被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、重力が最大1 mmの大きさの追加次元を介して伝播するとする大規模な追加次元（LED）仮説をレビューしている。この仮説により、有効プランクスケールがTeV領域に低下し、階層問題が解決される。LEP、HERA、Tevatronからの仮想および直接的グリトン生成に関する実験的制約を提示し、モデルや加速器に応じて$M_S$の下限が0.5〜1.4 TeVの間で設定されている。現在のところ、LEDの証拠は得られていない。

ABSTRACT

One of the most stimulating recent ideas in particle physics involves a possibility that our universe has additional compactified spatial dimensions, perhaps as large as 1 mm. In this review, we discuss the results of recent experimental searches for such large extra dimensions, as well as new developments in this field.

研究の動機と目的

• 標準模型の階層問題を解消するための大規模な追加次元（LED）の理論的動機をレビューすること。
• レプトンおよびハドロン衝突加速器での精度測定からのLEDに関する実験的制約を要約すること。
• 異なる形式（GRW、HLZ、Hewett）および衝突加速器実験ごとに、有効プランクスケール$M_S$の制限を比較すること。
• 現在および将来の加速器が仮想的および直接的グリトン生成というLEDの署名をどれだけ感度よく検出できるかを評価すること。
• アップグレードされたTevatronおよびLHCにおける発見可能性を予測し、LHCで$M_S$が最大10 TeVまで探査可能であるかを検討すること。

提案手法

• $n$個のコンact化された追加次元を有するLEDモデルを用い、サブミリスケールでの重力の修正をもたらし、有効プランクスケール$M_S$をTeV領域に低下させる。
• 電子対($e^+e^-$)、陽子-電子($ep$)、陽子-陽子($pp$)衝突における仮想グリトン交換の形式を適用し、$\eta_G = \mathcal{F}/M_S^4$でパrameter化する。ここで$\mathcal{F}$はモデル（GRW、HLZ、Hewett）に依存する。
• $f\bar{f}$、$\gamma\gamma$、$WW$、$ZZ$最終状態における断面積の変更を干渉項およびグリトン交換項を用いて分析する：$\sigma = \sigma_{\rm SM} + \sigma_{\rm int}\eta_G + \sigma_G\eta_G^2$。
• 異なる共同研究グループ（ALEPH、DELPHI、L3、OPAL、H1、ZEUS、DØ、CDF）からの実験的制限を、Hewett、HLZ、GRW形式における$M_S$の境界に変換する。
• Tevatronにおけるディエレクトロンおよびダイフォトンのインバリアント質量分布の組み合わせ分析により、仮想グリトン効果を制限する。
• エネルギー領域および形式ごとの結果を比較し、Hewett形式における$\lambda$の符号依存性を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー衝突実験における大規模な追加次元の物性的署名は何か？
• RQ2 異なる理論的形式（GRW、HLZ、Hewett）が、有効プランクスケール$M_S$の実験的制限の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ3 LEP、HERA、Tevatronからの$M_S$の現在の実験的制限は、追加次元の数に応じてどの程度か？
• RQ4 $f\bar{f}$、$\gamma\gamma$、$WW$、$ZZ$最終状態における仮想グリトン効果と直接的グリトン放射の感度は、どのように比較できるか？
• RQ5 アップグレードされたTevatronおよびLHCが大規模な追加次元に対してどの程度の感度を持つのか？また、LHCで$M_S$が10 TeVまで探査可能か？

主な発見

• LEP実験は、最終状態および追加次元の数に応じて、95%信頼水準で$M_S$の下限を0.35 TeVから1.38 TeVの間で設定した。最も強い制限はALEPHおよびDELPHIから得られた。
• TevatronにおけるDØ共同研究グループは、GRW形式で$M_S$の95%信頼水準の下限を1.21 TeV、Hewett形式（$\lambda=+1$）で$n=2$に対して0.97 TeVとした。
• CDF共同研究グループは、GRW形式で$M_S$の95%信頼水準の下限を0.96 TeV、Hewett形式（$\lambda=+1$）で$n=2$に対して0.76 TeVとした。DØの結果と整合的である。
• HERA実験（H1およびZEUS）は、Hewett形式で$M_S$の95%信頼水準の下限を0.43 TeVから0.83 TeVの間で設定し、組み合わせ限界では0.61–0.83 TeVに達した。
• LEP、HERA、Tevatronの組み合わせ限界は、ほとんどの場合$M_S$が1 TeVを超えることが制限されており、特に強い制限はLEPおよびTevatronから得られている。
• 本論文は、LEDに明確な証拠は得られていないものの、アップグレードされたTevatronおよび特にLHCが$M_S$を最大10 TeVまで探査可能であり、LED仮説の決定的検証が可能になると結論づけている。