[論文レビュー] Gravity theory with an extra dimension of zero length

Sandipan Sengupta|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、余剰次元の固有長がゼロである五次元重力理論を提案し、Kaluza-Kleinモードと第五次元における重力子の伝播を排除する。発生する理論は、非伝播性のベクトル・テンソル多重粒子を特徴とし、自然にダークマターのように振る舞い、重力以外の素粒子物理学を必要とせずに、漸近的に平坦な銀河の回転曲線をうまく予測する。

ABSTRACT

We set up a vacuum theory of gravity with an extra dimension of vanishing proper length. The most general solution to the field equations are presented. This formulation is free of Kaluza-Klein modes and does not allow the propagation of gravitons along the invisible fifth direction. Apart from a vacuum energy and radiation, the associated emergent theory exhibits a nonpropagating vector-tensor multiplet which has no analogue in standard Einstein gravity. It is naturally inert, obeys a bounded equation of state and has coupling properties radically different from ordinary matter. Based on these distinctive features, we propose that this geometric multiplet could supercede the hypothetical ``dark matter''. As further evidence in support of this possibility, we show that the galactic rotation curves are predicted to be asymptotically flat.

研究の動機と目的

• 標準的なKaluza-Klein励起状態を避けるために、固有長がゼロの余剰次元を組み込んだ真空中の重力理論を開発すること。
• そのようなコンパクト化された次元が重力的力学および宇宙論的構造に与える影響を調査すること。
• 得られる幾何的多重粒子が、新たな粒子を導入することなく、ダークマターの効果を自然に説明できるかを検討すること。
• モデルが観測された銀河の回転曲線と整合するかを検証すること。

提案手法

• コンパクト化された次元の固有長がゼロである五次元時空における真空中の重力作用を定式化すること。
• Kaluza-Kleinモードが存在しないという制約の下で、五次元の場の運動方程式の一般解を導出すること。
• コンパクト化の幾何的結果として、非伝播性のベクトル・テンソル多重粒子を同定すること。
• 多重粒子の結合性および状態方程式を分析し、その物理的挙動を特定すること。
• 理論を銀河の回転曲線に適用し、その現象論的妥当性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固有長がゼロの五次元重力理論は、ダークマターの有効な代替案を生み出せるか？
• RQ2 Kaluza-Kleinモードの不在が、理論における重力的自由度にどのように影響するか？
• RQ3 発生するベクトル・テンソル多重粒子の宇宙論的および力学的性質は何か？
• RQ4 このモデルは、観測と整合する漸近的に平坦な回転曲線を予測するか？

主な発見

• 理論は、自然に不活性であり、有界な状態方程式に従う非伝播性のベクトル・テンソル多重粒子を生成する。
• 多重粒子は通常の物質とは著しく異なる結合性を示し、ダークマターの候補となる。
• モデルは、観測データと一致する漸近的に平坦な銀河の回転曲線を予測する。
• 第五次元における重力子の伝播が存在しないことで、Kaluza-Kleinモードが生じず、スペクトルが単純化される。