[論文レビュー] Probing the Desert with Ultra-Energetic Neutrinos from the Sun

Alon E. Faraggi, Keith A. Olive+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、現実的な超弦理論モデルによって予測される、特異で安定または準安定な粒子の対消滅から、太陽からの超高エネルギーニュートリノが生成される可能性を提案している。特に、ウィルソン線対称性の破れに起因するものである。この論文は、このようなニュートリノの検出が、高エネルギー物理学にモデルに依存しない制約を課すことを示しており、特にテヴ・スケールのカルツァ＝クライン理論において重要である。また、太陽ニュートリノとミュオンのエネルギー相関測定を、重力統一理論の砂漠を調べる手段として提案している。

ABSTRACT

Realistic superstring models generically give rise to exotic matter states, which arise due to the ``Wilson-line'' breaking of the non-Abelian unifying gauge symmetry. Often such states are protected by a gauge or local discrete symmetry and therefore may be stable or meta-stable. We study the possibility of a flux of high energy neutrinos coming from the sun due to the annihilation of such exotic string states. We also discuss the expected flux for other heavy stable particles - like the gluino LSP. We comment that the detection of ultra-energetic neutrinos from the sun imposes model independent constraints on the high energy cutoff, as for example in the recently entertained TeV scale Kaluza-Klein theories. We therefore propose that improved experimental resolution of the energy of the muons in neutrino detectors together with their correlation with neutrinos from the sun will serve as a probe of the desert in Gravity Unified Theories.

研究の動機と目的

• 超弦理論モデルに予測される特異で安定または準安定な粒子が、太陽から検出可能な超高エネルギーニュートリノフラックスを生成できるかどうかを調査すること。
• このようなニュートリノフラックスの検出可能性と、特に高エネルギー切断を持つ高エネルギー物理学モデルへの影響を評価すること。
• 太陽ニュートリノの検出において、高エネルギー分解能を持つミュオンを用いることで、重力統一理論のエネルギースケールを制約できると提言すること。
• ニュートリノ生成の文脈において、他の重い安定粒子（例えばグルーギノLSPなど）からの予想されるフラックスを検討すること。

提案手法

• ゲージ対称性または離散的対称性によって保護される、特異なストリング状態の対消滅を、超弦理論に由来する重力統一理論内でモデル化し、ニュートリノに変換すること。
• これらの特異粒子の対消滅に起因する、太陽からの超高エネルギーニュートリノの予想されるフラックスを計算すること。
• ニュートリノ検出からの制約を、テヴ・スケールのカルツァ＝クライン理論のようなモデルにおける高エネルギー切断に適用すること。
• 到着するニュートリノの方向と検出されたミュオンエネルギーの相関を分析し、太陽からのニュートリノエネルギースペクトルを推定すること。
• ゲージ対称性または離散的対称性による特異状態の安定性を根拠に、太陽環境下での長寿命または安定な性質を正当化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超弦理論モデルによって予測される特異で安定または準安定な粒子が、太陽からの検出可能な超高エネルギーニュートリノフラックスを生成できるか？
• RQ2 このようなニュートリノの検出が、特にテヴ・スケールのカルツァ＝クラインモデルにおける重力統一理論の高エネルギー切断をどのように制約するか？
• RQ3 グルーギノに類似たLSPの対消滅から予想されるニュートリノフラックスはどの程度か？
• RQ4 ニュートリノ検出器におけるミュオンエネルギー分解能をどのように活用することで、太陽ニュートリノのエネルギースペクトルを調べられるか？

主な発見

• ゲージ対称性または局所的離散的対称性によって保護される特異ストリング状態は、対消滅によって太陽からの検出可能な超高エネルギーニュートリノフラックスを生成できる。
• このようなニュートリノの検出は、重力統一理論における高エネルギー切断にモデルに依存しない制約を課す。これは、テヴ・スケールのカルツァ＝クラインのシナリオを含む。
• 太陽からの到着ニュートリノの方向と検出されたミュオンエネルギーの相関は、ニュートリノエネルギースペクトルおよび砂漠の背後にある物理を調べるための独自のプローブである。
• グルーギノLSPからの予想されるフラックスが検討され、このような粒子が超高エネルギーニュートリノフラックスに顕著な寄与を示す可能性があることが示された。