[論文レビュー] Localization of gravity on a thick braneworld without scalar fields

Alfredo Herrera–Aguilar, Dagoberto Malagón–Morejón+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2010

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、スカラー場を用いず、5次元の宇宙定数とde Sitter計量によって生成される3-brane上に局在化する厚いbraneワールドモデルを提案する。4次元重力の局在化、Kaluza-Kleinスペクトルにおける離散的質量ギャップ、ニュートンの法則への補正が示され、5次元方向における滑らかな曲率を維持し、裸の特異点を避ける。

ABSTRACT

In this work we present a simple thick braneworld model that is generated by an intriguing interplay between a 5D cosmological constant with a de Sitter metric induced in the 3-brane without the inclusion of scalar fields. We show that 4D gravity is localized on this brane, provide analytic expressions for the massive Kaluza-Klein (KK) fluctuation modes and also show that the spectrum of metric excitations displays a mass gap. We finally present the corrections to Newton's law due to these massive modes. This model has no naked singularities along the fifth dimension despite the existence of a mass gap in the graviton spectrum as it happens in thick branes with 4D Poincare symmetry, providing a simple model with very good features: the curvature is completely smooth along the fifth dimension, it localizes 4D gravity and the spectrum of gravity fluctuations presents a mass gap, a fact that rules out the existence of phenomenologically dangerous ultralight KK excitations in the model. We finally present our solution as a limit of scalar thick branes.

研究の動機と目的

• スカラー場を一切用いず、4次元重力を局在化する厚いブランeworldモデルの構築を目的とする。
• 5次元方向における裸の特異点を回避しつつ、重力子スペクトルに質量ギャップを保つこと。
• 質量の大きいKaluza-Kleinモードの解析的表現を導出し、ニュートンの法則への補正を計算すること。
• このモデルがスカラーを用いた厚いブランeworld解の極限として得られることを示すこと。
• 物理的に安全な重力子励起状態を有する滑らかで曲率が正則な幾何学を確立すること。

提案手法

• 5次元時空に宇宙定数と3-brane上でのde Sitter計量を用い、ブランの幾何を生成する。
• スカラー場を導入せずに、5次元のアインシュタイン方程式を解き、ワープ因子と計量成分を導出する。
• 線形化された重力方程式を解き、計量ゆらぎのスペクトルをKaluza-Kleinモードとして分析する。
• 質量の大きいKKモードの解析的表現を導出し、スペクトルに質量ギャップが存在することを確認する。
• 質量の大きいKK重力子の交換によって生じるニュートンの法則への補正を計算する。
• 解が既知のスカラーを用いた厚いブランeworldモデルの極限として還元されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元の宇宙定数とde Sitter対称性のみを用いて、スカラー場を一切用いず、4次元重力を厚いブラン上に局在化させることは可能か？
• RQ2 スカラー場が存在しない場合、5次元方向に裸の特異点が生じるのか、それとも曲率が滑らかに保たれるか？
• RQ3 このようなモデルにおけるKaluza-Klein重力子スペクトルの構造は何か？また、質量ギャップを示すか？
• RQ4 質量の大きいKKモードは、このブランeworld設定においてニュートンの法則にどのように修正を加えるか？
• RQ5 このモデルは、スカラーに基づく厚いブランeworld解の極限として導出可能か？

主な発見

• モデルはスカラー場を一切用いず、ブラン上に4次元重力を成功裏に局在化する。
• 5次元方向における曲率は完全に滑らかであり、裸の特異点を回避する。
• 計量励起状態のスペクトルには離散的質量ギャップが存在し、超軽量のKKモードは存在しない。
• 質量の大きいKaluza-Kleinゆらぎモードの解析的表現が明示的に導出された。
• ニュートンの法則への補正が計算され、質量ギャップのため抑制されていることが示された。
• 解はスカラーを用いた厚いブランeworldモデルの極限として特定され、既知の枠組みと整合性を保った。