[논문 리뷰] Cosmological and Astrophysical Constraints on Tensor Unparticles

Ian Lewis|ArXiv.org|2007. 10. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 뉴트리노-뉴트리노 및 광자-광자 결합에서의 붕괴를 통해 뉴트리노-뉴트리노 및 광자-광자 결합에서의 붕괴를 통해 우주의 잔류 밀도를 계산하고, 전자-양전자 및 광자-광자 결합에서의 초신성 에너지 손실률을 계산함으로써 텐서 언패티클에 대한 천체물리적 및 천체역학적 제약을 도출한다. 연구 결과, 콜라이더 물리학에서의 기존 가정보다 최소한 한 단계 더 작은 결합 상수가 필요하며, $\kappa < 4.3 \times 10^{-5}$ ($d_{\mathcal{U}} = 4/3$) 및 $\kappa < 1.0 \times 10^{-1}$ ($d_{\mathcal{U}} = 2$)일 때 $\Lambda_{\mathcal{U}} = 1$ TeV인 경우 가장 강력한 제약이 성립한다.

ABSTRACT

We calculate cosmological and astrophysical bounds on the couplings between standard model fields and tensor unparticles. The present day density of tensor unparticles from neutrino-neutrino and photon-photon annihilation is calculated. Also, the supernovae volume energy loss rates from electron-positron and photon-photon annihilation to tensor unparticles are calculated. The constraints from matter density and supernovae volume energy loss rates from photon-photon annihilation are on the same order of magnitude, while the bounds from supernovae volume energy loss rates from electron-positron annihilation are an order of magnitude lower. We find the couplings between standard model fields and tensor unparticles are at least an order of magnitude lower than those used for previous studies of tensor unparticle collider phenomenology.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 필드에 대한 텐서 언패티클 결합 상수에 대한 천체물리적 및 천체역학적 제약을 도출하기 위해.
• 초기 우주에서 뉴트리노-뉴트리노 및 광자-광자 결합 과정을 통해 현재의 텐서 언패티클 밀도를 계산하기 위해.
• 전자-양전자 및 광자-광자 결합에서 텐서 언패티클로의 붕괴를 통해 초신성 부피 에너지 손실률을 계산하기 위해.
• 제5력 실험과 초신성 관측에서 얻은 기존 제약과 이 제약을 비교하기 위해.
• 유도된 결합 상수 한계를 바탕으로 향후 콜라이더 실험에서의 텐서 언패티클 신호의 가능성 재평가하기 위해.

제안 방법

• 무한히 많은 스칼라 필드 $\lambda^{\mu\nu}_j$의 연속 질량 스펙트럼을 사용한 언패티클의 분해 방법을 $\Delta \to 0$ 근사에서 적용하여.
• 열장 이론과 스펙트럼 밀도 함수를 사용하여 $\nu\bar{\nu}$ 및 $\gamma\gamma$ 붕괴를 통해 텐서 언패티클 잔류 밀도를 계산하여.
• 상태 공간 및 행렬 요소 기법을 적용하여 전자-양전자 및 광자-광자 붕괴를 통해 텐서 언패티클로의 초신성 에너지 손실률을 계산하여.
• SN1987A에서의 에너지 손실률 관측 제약과 우주 물질 밀도에서의 언패티클 농도 제약을 적용하여 결합 상수를 제약하여.
• 상호작용을 위한 효과적 라그랑지안 $\mathcal{L}_{\text{int}} \sim \kappa_{\gamma}//\Lambda^{d_{\mathcal{U}}}_{\mathcal{U}} F_{\mu\nu}F^{\mu\nu} O^{\mu\nu}_{\mathcal{U}}$ 및 $\mathcal{L}_{\text{int}} \sim \kappa_f/\Lambda^{d_{\mathcal{U}}}_{\mathcal{U}} \bar{\psi}_f \gamma^{(\mu} \stackrel{\leftrightarrow}{D}^{\nu)} \psi_f O_{\mathcal{U}}^{\mu\nu}$ 를 사용하여.
• $\kappa_{\gamma} = \kappa_{\nu} = \kappa$ 및 $\Lambda_{\mathcal{U}} = 1$ TeV을 가정하여 다양한 $d_{\mathcal{U}}$ 값에 대해 수치적 제약을 유도하여.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 우주에서 $\nu\bar{\nu}$ 및 $\gamma\gamma$ 붕괴 과정을 통해 생성된 현재의 텐서 언패티클 잔류 밀도는 무엇인가?
• RQ2 전자-양전자 및 광자-광자 붕괴를 통해 텐서 언패티클로의 붕괴에서 발생하는 초신성 에너지 손실률은 그들의 결합 상수를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 이 천체물리적 및 천체역학적 제약은 제5력 실험과 벡터 언패티클 연구에서의 기존 제약과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 제약은 LHC 및 향후 전자-양전자 콜라이더에서의 텐서 언패티클 콜라이더 물리학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 결합 상수 제약는 언패티클 스케일 차원 $d_{\mathcal{U}}$ 에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• $\nu\bar{\nu}$ 및 $\gamma\gamma$ 붕괴 과정을 통해 생성된 현재의 텐서 언패티클 밀도는 결합 상수와 등각 스케일 $\Lambda_{\mathcal{U}}$ 를 제약하는 데 기여한다.
• 전자-양전자 붕괴를 통해 초신성에서의 에너지 손실률은 $\gamma\gamma$ 붕괴에 비해 $\kappa_e$ 제약를 약 10배 더 약하게 만든다.
• $\Lambda_{\mathcal{U}} = 1$ TeV 이며 동일한 결합 상수를 가정할 경우, 가장 강력한 제약는 $d_{\mathcal{U}} = 4/3$일 때 $\kappa < 4.3 \times 10^{-5}$이며, $d_{\mathcal{U}} = 2$일 때는 $\kappa < 1.0 \times 10^{-1}$으로 감소한다.
• 이 결합 상수 제약는 $d_{\mathcal{U}} = 4/3$일 경우 기존 콜라이더 물리학 연구에서 사용된 값보다 최소한 한 단계 더 낮으며, $d_{\mathcal{U}} = 2$일 경우 약 5개의 지수 차수 더 낮다.
• $d_{\mathcal{U}} = 4/3$ 및 $5/3$일 경우, 이 제약는 스칼라 언패티클의 초신성 에너지 손실 제약와 비슷한 수준이며, 제5력 제약보다는 약간 약하다. 그러나 $d_{\mathcal{U}} = 2$일 경우 이 제약는 유사한 수준이다.
• 결과적으로 향후 콜라이더에서의 텐서 언패티클 신호는 이전에 예상한 것보다 상당히 억제되어 있으며, 이를 탐지하는 것은 더 어려워질 것이다.