[論文レビュー] Les Houches Lectures on Physics Beyond the Standard Model of Cosmology

Justin Khoury|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 33

ひとこと要約

この論文は、太陽系のような高密度環境では重力的効果を動的にスクリーニングする軽いスカラー場を含むΛCDMモデルの拡張をレビューしている。Vainshteinやカミオンメカニズムなどのスクリーニング機構を用いることで、これらの場は小スケールでは第五力の影響を抑制する一方で、宇宙論的影響を残すことができ、太陽系の制約を回避できる有効なダークエネルギーモデルを実現する。

ABSTRACT

In these Lectures, I review various extensions of the Lambda-Cold Dark Matter model, characterized by additional light degrees of freedom in the dark sector. In order to reproduce the successful phenomenology of GR in the solar system, these fields must effectively decouple from matter on solar system/laboratory scales. This is achieved through screening mechanisms, which rely on the interplay between self-interactions and coupling to matter to suppress deviations from standard gravity. The manifestation of the new degrees of freedom depends sensitively on their environment, which in turn leads to striking experimental signatures.

研究の動機と目的

• 真空中エネルギーを安定化するための動的メカニズムを提案することで、宇宙定数問題を解決すること。
• 物質と結合し、長距離力を取り持つ新しいスカラー場が満たすべき必要条件を特定すること。
• スクリーニング機構が新しい場が太陽系の実験的制約を回避できる仕組みを説明すること。
• 軽いダークセクター場を含むΛCDMの妥当な拡張の理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 宇宙スケールで関係する長距離相互作用を実現するため、スカラー場の質量を∼H₀に設定すること。
• ループ図による真空エネルギー寄与を中和するために、標準模型場への結合を要請すること。
• Vainshteinやカミオンなどのスクリーニング機構を用いて、高密度領域での第五力の抑制を実現すること。
• 有効場理論を用いて低エネルギーでの真空エネルギーへの寄与を計算し、場のパラメータを制約すること。
• ユニタリティの議論を適用し、タドループ図が木のレベルでの交換を示唆することから、スクリーニングが必要であることを示すこと。
• 自己相互作用と物質結合の相互作用を分析し、環境依存の場の振る舞いを達成すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー場が太陽系の制約に反しないまま、どのように長距離力を媒介できるか？
• RQ2 宇宙定数を動的にキャンセルするための最小限の要件とは何か？観測と整合的でなければならない。
• RQ3 Vainshteinやカミオン効果のようなスクリーニング機構が、どのように妥当なダークエネルギーモデルを可能にするか？
• RQ4 場の自己相互作用が環境依存のスクリーニングを可能にする役割は何か？
• RQ5 安定した低エネルギー寄与が、新しいスカラー場の性質にどのように制約を加えるか？

主な発見

• スカラー場は、宇宙論的スケールで関係する力の媒介を可能にするために、質量が∼H₀でなければならない。
• 真空エネルギー寄与をキャンセルするためには、標準模型場への結合が必要であり、これは第五力の存在を意味する。
• スクリーニング機構により、高密度領域での第五力が抑制され、太陽系のテストと整合性を保つ。
• Vainshteinメカニズムにより、非線形自己相互作用のおかげで、高密度領域での場の分離が可能になる。
• カミオンメカニズムにより、場の質量が環境に応じて変化し、高密度領域での結合が抑制される。
• これらのモデルは、微調整を必要とせず、宇宙定数問題の解決への有効な道筋を提供する。