[論文レビュー] Modulus stabilisation in a backreacted warped geometry model via Goldberger-Wise mechanism

Ashmita Das, Tanmoy Paul+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2016

Theoretical and Computational Physics被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、5次元計量へのバルクスカラー場のバックレアクションを組み込んだ歪んだブレーンワールド設定におけるモジュールス安定化のGoldberger-Wiseメカニズムを拡張する。ラディオン質量および標準模型（SM）場へのカップリングを修正し、バックレアクションがラディオンの素粒子物理学的性質に補正をもたらすことを示し、バックレアクションパラメータの一次近似において、先行研究と同等の結果が得られることを示す。

ABSTRACT

In the context of higher dimensional braneworld scenario, the stabilisation of extra dimensional modulus is an essential requirement for resolving the gauge hierarchy problem in the context of Standard Model of elementary particle Physics. For Randall-Sundrum (RS) warped extra dimensional model, Goldberger and Wise (GW) proposed a much useful mechanism to achieve this using a scalar field in the bulk spacetime ignoring the effects of backreaction of the scalar field on the background metric. In this article we examine the influence of the backreaction of the stabilising field on the stabilisation condition as well as that on the Physics of the extra dimensional modulus namely radion. In particular we obtain the modifications of the mass and the coupling of the radion with the Standard Model (SM) matter fields on the TeV brane due to backreaction effect. Our calculation also brings out an important equivalence between the treatments followed by Csaki et.al. in \cite{kribs} and Goldberger-Wise in \cite{GW1,GW_radion}.

研究の動機と目的

• バルクスカラー場の5次元計量へのバックレアクションが非可視である場合に、Goldberger-Wiseメカニズムによるモジュールス安定化が依然として有効であるかどうかを調査すること。
• 完全なバックレアクション効果を考慮した場合のラディオンモジュールスの修正された安定化条件を特定すること。
• バックレアクションの影響を受けることで、TeVブレーン上の標準模型物質へのラディオン場の修正された質量およびカップリングを計算すること。
• 本研究のバックレアクトモデルと、kribsおよびGW_radionにおける結果との間で、バックレアクションパラメータの一次近似において定量的に同等であることを確立すること。

提案手法

• 二次的ポテンシャルを伴うバルクスカラー場と結合した5次元アインシュタイン方程式の完全なセットを、バックレアクション効果を含めて解く。
• kribsで用いられているように四次自己相互作用を有するポテンシャルを用いて、バックレアクト解から修正されたワープ因子および背景計量を導出する。
• スカラー場を統合して有効なモジュールスポテンシャルを導出し、ラディオンを安定化させる最小値を特定する。
• 安定化された背景の周りで計量およびスカラー場を展開し、ラディオン場およびその運動項と質量項を抽出する。
• エネルギー運動量テンソルのトレースを用いて、バックレアクション補正を含めたSM場（例えばヒッグスおよびZボソン）へのラディオンカップリングを計算する。
• 得られたラディオン質量およびカップリングを、元来のGWメカニズムおよびkribsのバックレアクトモデルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー場の計量へのバックレアクションが非可視である場合に、歪んだブレーンワールドモデルにおけるGoldberger-Wiseメカニズムがモジュールスを安定化させ続けることができるか？
• RQ2 バックレアクション効果が、標準的なGWアプローチと比較して、ラディオンモジュールスの安定化条件をどのように修正するか？
• RQ3 バックレアクション効果によって、ラディオン質量およびSM場へのカップリングにどのような補正が生じるか？
• RQ4 バックレアクトモデルにおけるラディオンの素粒子物理学的性質が、バックレアクションパラメータの一次近似においてkribsやGW_radionで得られた結果と等価であるか？

主な発見

• バックレアクションにより、モジュールスの安定化条件が修正され、ラディオンポテンシャルの最小値が明示的にバックレアクションパラメータに依存するようになる。
• バックレアクションによりラディオン質量に補正が生じ、その補正は抑制されているがゼロでない。特にパラメータ $ u r_c $ が小さい場合に顕著である。
• ヒッグス場へのラディオンカップリングは、$ \exp{\left[\frac{l^{2}}{6}\exp{(-2u\pi r_{c})}\right]} $ の因子によって修正され、非バックレアクト系と比較してカップリング強度が低下する。
• Zボソンへのカップリングも同様に同じ指数関数的要因によって補正され、同じバックレアクションパラメータに依存する。
• 異なる形式的取り扱いであっても、本研究のラディオン質量およびカップリングの最終的表現は、$ u/k $ の一次近似においてkribsの結果と等価である。
• 小バックレアクションの極限において、GWで用いられる二次的ポテンシャルとkribsで用いられる四次ポテンシャルとの間に非自明な相関関係が存在し、両アプローチの整合性が裏付けられる。