[論文レビュー] Supersymmetric Large Extra Dimensions

C. P. Burgess|ArXiv.org|Jun 21, 2004

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、6次元のスカラー的でないバルクにおける重力的バックレアクションを通じて、ブレーン粒子の大きな真空エネルギー寄与を動的にキャンセルすることにより、宇宙定数問題を解決するための超対称的で大きな余剰次元（SLED）を提案する。主な結果として、観測された真空エネルギー密度がブレーン張力とバルク曲率の間でキャンセルされることにより、自然に小さい有効4次元宇宙定数が得られ、低エネルギーにおけるバルク内での超対称性の破れによって約10^{-3} eVスケールに安定化される。

ABSTRACT

This article summarizes the proposal to address the cosmological constant problem within the framework of supersymmetric large extra dimensions (SLED). The proposed mechanism is described, emphasizing the relaxation mechanism which ensures that low-energy particles like the electron do not contribute too large a vacuum energy. This is followed by a preliminary discussion of outstanding issues and observational consequences.

研究の動機と目的

• 量子場理論が予測する真空エネルギーが観測値よりもはるかに大きいという宇宙定数問題を解決すること。
• 超対称性が破れているにもかかわらず、電子のような低エネルギー粒子が真空エネルギーに過剰に寄与しない理由を説明すること。
• 観測された小さな宇宙定数が、6次元の超対称理論におけるブレーン張力とバルク曲率の間のキャンセルから生じるメカニズムを提案すること。
• 重力、宇宙論、素粒子物理学からの観測的制約の下で、このメカニズムの妥当性を検証すること。
• SLEDフレームワークの検証可能な予測、特に長距離力とコライダーにおけるシグネチャを特定すること。

提案手法

• 2つのアンワーブドな大きな余剰次元を有する6次元のスレーブリティモデルを構築し、4次元プランクスケールが $ M_p = M^2 r $ により生成されることを仮定する。ここで $ r \sim 0.01 $ mm である。
• すべての標準模型粒子が4次元のブレーン上に局在化されており、重力は6次元のバルクを伝播する。重力子はブレーンエネルギーにのみ相互作用する唯一のバルク場であると仮定する。
• バルク内に低エネルギーの超対称性破れスケール $ m_{sb} \sim 1/r \sim 0.01 $ eV を導入することで、観測された真空エネルギー密度を自然に生成する。
• ブレーン張力が内部2次元幾何に与える古典的バックレアクションを計算し、ブレーン位置にデルタ関数特異点を含む総曲率が得られることを示す。
• バルク自由度を統合することで有効4次元宇宙定数を導出し、ブレーン張力とバルク曲率寄与が一次のオーダーで正確にキャンセルされることを確認する。
• ジョルダン座標系を用いて $ M_p $ が $ r $ 依存性を持つように保ち、これによりカーラ・カーラスケールが $ m_{KK} \sim 1/r $ とならせ、観測されたハッブルスケールと関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、自然に非常に大きな量子場理論的寄与を持つ真空エネルギーから、観測された小さな宇宙定数が生じるのか？
• RQ2 超対称性が破れている理論において、真空エネルギーがどのように動的にキャンセル可能なのか？
• RQ3 なぜ低エネルギー粒子（例：電子）が、観測されたレベルの真空エネルギーを不安定化させないのか？
• RQ4 大きな余剰次元を有する6次元の超対称理論が、自然に観測された $ \sim 10^{-3} $ eV の真空エネルギー密度を実現できるか？
• RQ5 このようなモデルが宇宙論、重力の検証、コライダー物理学において、どのような観測的シグネチャを示すか？

主な発見

• ブレーン張力と6次元バルク内でのそのエネルギー密度が引き起こす曲率との間の正確なキャンセルにより、有効4次元宇宙定数が古典的レベルで消滅する。
• 観測された真空エネルギー密度 $ \sim 10^{-3} $ eV は、自然にバルク内での超対称性破れスケール $ m_{sb} \sim 1/r \sim 0.01 $ eV に起因すると説明できる。
• 質量 $ m_\varphi \sim H_0 \sim 10^{-33} $ eV の非常に軽いスカラーフィールドが予測され、これはアーブレヒト＝スコルディス型ポテンシャルを持つクインテッセンス的ダークエネルギーに相当する。
• 余剰次元の大きさは、階層問題と観測された真空エネルギーを満たすために $ r \sim 0.01 $ mm に固定され、$ \sim 1\,\mu\text{m} $ スケールでニュートンの法則からのずれが予測される。
• このモデルは、LHCなどのTeVスケールコライダーで観測可能なエネルギー欠損信号を予測し、超対称標準模型とは異なる特徴を持つ。
• 超新星からのエネルギー損失の制約により、$ r \sim 0.01 $ mm が固定され、短距離重力実験からはスカラーフィールドと物質の結合定数の精密な調整が必要となる。