[論文レビュー] Large Dimensions and String Physics at a TeV

Ignatios Antoniadis, Boris Pioline|ArXiv.org|Jun 24, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、低エネルギー超対称性を必要とせず、TeVスケールの大きな追加次元を用いることで階層問題を解決する、弦理論におけるフレームワークを提案する。追加次元を約10^{-16} cmのサイズにコンパクト化し、ストリング張力の調整を行うことで、著者らは、LHCのような衝突型加速器で量子重力効果が観測可能であることを示し、技術色理論や弱く破れた超対称性の代替として検証可能な理論を提示する。

ABSTRACT

Large extra dimensions, of size of order of TeV^{-1} ~= 10^{-16} cm, arise naturally in the context of supersymmetry breaking in string theory, while strings at a TeV scale offer a solution to the gauge hierarchy problem, as an alternative to softly broken supersymmetry or technicolor. In this short review, we present consistent perturbative realizations of string theories with large volume compactifications and low string tensions, and discuss their main physical implications.

研究の動機と目的

• ストリング理論における大規模な追加次元が、自然にTeVエネルギー領域での弱いスケールをもたらす仕組みを明らかにすること。
• 弱い超対称性の破れや技術色理論に代わって、低ストリングスケールを用いることでゲージ階層問題を解決すること。
• 大規模なコンパクト化体積と低ストリング張力を備えた一貫した摂動的ストリングモデルを構築すること。
• このようなモデルの素粒子物理学的現象論的意味を検討すること、特に衝突型加速器物理学への影響を焦点に。
• 量子重力効果がストリング共鳴状態やカルツァ＝クライン状態としてTeVスケールで観測可能となるフレームワークを提供すること。

提案手法

• 主にTeV^{-1}（約10^{-16} cm）のオーダーの大きな内部次元を有するストリング理論のコンパクト化を利用する。
• ストリング理論内での超対称性の破れ機構を適用し、追加次元のサイズをTeVスケールに安定化させる。
• ヒトティックまたはタイプIを含む具体的な摂動的ストリングモデルを構築し、大規模な体積コンパクト化と低ストリングスケールを実現する。
• 得られた低エネルギー有効場理論を分析し、軽いカルツァ＝クラインモードやストリング励起状態の出現に注目する。
• 階層問題を解決するための要請から、ストリングスケールおよびコンパクト化サイズに課される制約を導出する。
• ゲージ結合定数の統一とコンパクト化幾何学の相互作用を用いて、既知の素粒子物理学と整合するかを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング理論における大規模な追加次元が、微調整を必要とせず、自然にTeVスケールでの弱いスケールをもたらすことは可能か？
• RQ2 低ストリング張力と大規模なコンパクト化体積を備えた一貫した摂動的ストリング実現はどのようなものか？
• RQ3 得られた低エネルギースペクトル、特にカルツァ＝クライン状態やストリング共鳴状態が、衝突型加速器物理学にどのように影響を与えるか？
• RQ4 このようなモデルは、階層問題を解決しつつ、観測されたゲージ結合定数の統一を再現できるか？
• RQ5 LHCのような衝突型加速器で、TeVスケールのストリング物理学の観測可能な署名は何か？

主な発見

• 超対称性の破れを適切に組み込むことで、サイズが約10^{-16} cmの大規模な追加次元はストリング理論のコンパクト化と整合的である。
• ストリングスケールをTeV領域にまで下げられ、これにより量子重力効果が加速器で観測可能になる。
• 大規模体積による抑制効果により、階層問題が解決され、弱く破れた超対称性や技術色理論の必要性が不要になる。
• 大規模なコンパクト化体積と低ストリング張力を備えた摂動的ストリングモデルを一貫して構築可能である。
• 得られたスペクトルには、軽いカルツァ＝クラインモードやストリング励起状態が含まれており、高エネルギー実験で検出可能である。
• 本フレームワークは、Drell-Yanやジジェット生成における共鳴状態といった観測可能な署名を予測し、LHCで検証可能である。