[논문 리뷰] Brane-World Multigravity

Antonios Papazoglou|ArXiv.org|2001. 12. 11.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 중간 스케일(1 mm에서 10^26 cm 사이)에서 중력이 고차원 시공간 내 초경량 질량을 가진 중력장이론에 의해 발생하는 브레인월드 다중중력 장면을 제안한다. 평탄하거나 비틀린 브레인을 가진 5차원 및 6차원 모델을 분석함으로써, 저자(저자)는 음의 텐션 브레인들이 칼루자-클라인 중력장 모드를 생성하고, 부스러기 스칼라 장의 역학을 통해 모듈러스를 안정화하며, 반-데 시터 공간에서의 반-바르트-벨트만-자카로프 불연속성(van Dam-Veltman-Zakharov discontinuity)을 피하는 다중중력 장면을 실현함을 보여준다. 이는 평탄한 양의 텐션 브레인을 가진 현상학적으로 타당한 6차원 모델로 이어진다.

ABSTRACT

In this thesis, we discuss the idea of multigravity, namely the possibility that a significant component of gravity that we feel at intermediate distances (1 mm < r < 10^26 cm) is due to massive but ultralight gravitons. We demonstrate how this phenomenon can be realized in brane-world models in a spacetime with more than four dimensions and discuss how modifications of gravity at cosmological scales emerge as a consequence. Firstly, we consider five dimensional multigravity models with flat branes. We see how the existence of freely moving negative tension branes gives rise to ultralight graviton Kaluza-Klein states. Secondly, we study the moduli corresponding to the position of the branes and the size of the extra dimension, the radions and the dilaton respectively. We show that the radions corresponding to negative tension branes have wrong sign kinetic term. We also derive a stabilization condition for the dilaton in a brane model with general bulk scalar field dynamics. Thirdly, we show how we can reproduce the five dimensional multigravity models with Anti-de Sitter branes of positive tension only. Moreover, we demonstrate how the van Dam-Veltman-Zakharov discontinuity can be circumvented at tree level in Anti-de Sitter space. Finally, we discuss how the above multigravity models can be replicated in six dimensions with flat positive tension branes. This last possibility is the first theoretically and phenomenologically viable realization of the multigravity scenario.

연구 동기 및 목표

• 중간 스케일 중력이 고차원 시공간 내 초경량 질량을 가진 중력장이론에 의해 매개되는 다중중력 장면의 타당성을 탐색한다.
• 5차원 브레인월드 모델에서 음의 텐션 브레인이 칼루자-클라인 중력장 모드를 생성하는 데 미치는 영향을 분석한다.
• 일반적인 부스러기 스칼라 장 역학을 가진 고차원 중력 모델에서 다이아톤 및 라디온 모듈러스의 안정화 조건을 유도하고 해석한다.
• 반-데 시터 공간에서 트리 수준에서 반-바르트-벨트만-자카로프 불연속성이 어떻게 피할 수 있는지 보여준다.
• 평탄한 양의 텐션 브레인을 사용한 6차원에서 이론적으로나 현상학적으로 타당한 첫 번째 다중중력 모델을 구축한다.

제안 방법

• 평탄하거나 반-데 시터 부스러기 시공간과 다수의 3-brane(포함 음의 텐션 브레인 포함)를 가진 5차원 브레인월드 모델을 구축한다.
• 카루자-클라인 모드 분해와 배경 계량 근처의 페르투르바티브 전개를 사용하여 중력장-라디온-다이아톤 시스템의 유효 작용을 유도한다.
• 음의 텐션 브레인과 관련된 라디온 모드의 운동에너지 항을 분석하여, 이들이 잘못된 부호의 운동에너지(역학적 불안정성)를 지닌다는 것을 보여준다.
• 부스러기 스칼라 장 라그랑지안에서의 운동 방정식을 사용하여 비틀린 배경에서 다이아톤의 일반적인 안정화 조건을 유도한다.
• 합 규칙과 전파함수 분석을 적용하여 브레인에서 중력의 전파 및 질량을 가진 중력장 모드의 거동을 연구한다.
• 평탄한 양의 텐션 브레인을 가진 6차원 다중중력 모델을 구축하여, 원하는 다중중력장 스펙트럼을 재현하고 vDVZ 불연속성을 피하는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고차원 브레인월드 모델에서 초경량 질량을 가진 중력장이론에 의해 다중중력가 일관되게 실현될 수 있는가?
• RQ2 음의 텐션 브레인이 5차원 모델의 칼루자-클라인 중력장 모드의 스펙트럼과 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 일반적인 부스러기 스칼라 장 역학을 가진 비틀린 배경에서 다이아톤 안정화의 일반 조건은 무엇인가?
• RQ4 반-데 시터 공간에서 트리 수준에서 다중중력 모델에서 반-바르트-벨트만-자카로프 불연속성을 피할 수 있는가?
• RQ5 평탄한 양의 텐션 브레인을 가진 6차원 브레인월드 모델에서 타당하고 현상학적으로 일관된 다중중력 장면을 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 5차원 모델에서 음의 텐션 브레인은 초경량 칼루자-클라인 중력장 모드를 유도하며, 중간 스케일 중력에 기여한다.
• 음의 텐션 브레인과 관련된 라디온 모드는 잘못된 부호의 운동에너지 항을 지니며, 다른 메커니즘에 의해 안정화되지 않는 한 잠재적 불안정성을 암시한다.
• 비틀린 배경에서 다이아톤의 일반적인 안정화 조건이 유도되었으며, 이는 부스러기 스칼라 장의 역학에 따라 달라진다.
• 반-데 시터 공간에서 중력장 전파함수의 특정 구조 덕분에 트리 수준에서 반-바르트-벨트만-자카로프 불연속성이 피할 수 있다.
• 평탄한 양의 텐션 브레인을 가진 6차원 다중중력 모델이 구축되었으며, 이는 vDVZ 불연속성을 피하고 다중중력 장면을 실현한다. 이는 이 아이디어에 대해 이론적으로나 현상학적으로 타당한 첫 번째 실현이다.
• 이 모델은 브레인에서 준국소적 중력을 나타내며, 중간 스케일 중력 현상학과 일치하는 질량을 가진 중력장 모드 스펙트럼을 지원한다.