[논문 리뷰] Modulus stabilisation in a backreacted warped geometry model via Goldberger-Wise mechanism

Ashmita Das, Tanmoy Paul외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 25.

Theoretical and Computational Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 5차원 계량에 대한 배경 스칼라 장의 역작용을 포함하여 비대칭 브레인월드 시나리오에서 모듈러스 안정화를 위한 골드버거-바이즈 메커니즘을 확장한다. 수정된 라디언 질량과 표준모형 장들에 대한 결합을 유도하며, 역작용이 라디언 현상학에 보정을 유도함을 보여주며, 역작용 매개변수의 주요 순서에서 이전 연구 결과와 동치임을 밝힌다.

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}.

연구 동기 및 목표

• 배경 스칼라 장이 5차원 계량에 미치는 역작용이 비중시일 때 골드버거-바이즈 메커니즘을 통한 모듈러스 안정화가 유지되는지 조사하기 위해.
• 완전한 역작용 효과를 고려한 라디언 모듈러스에 대한 수정된 안정화 조건을 결정하기 위해.
• 역작용로 인한 보정을 고려해 테브 브레인에 있는 표준모형 물질과의 라디언 장의 질량과 결합을 계산하기 위해.
• 이번에 다루는 배경작용이 있는 모델과 이전의 결과들인 kribs와 GW_radion 사이에 배경작용 매개변수의 주요 순서에서 정량적 등가성을 확립하기 위해.

제안 방법

• 역작용 효과를 포함한 5차원 아인슈타인 방정식 전반을 스칼라 장과 2차 잠재력으로 연립하여 풀이하기.
• kribs에서처럼 4차 상호작용을 가진 잠재력으로부터 배경 계량과 수정된 워프 인자 도출하기.
• 스칼라 장을 적분하여 효과적 모듈러스 잠재력 확보하고, 라디언을 안정화시키는 최소값 식별하기.
• 안정화 배경 주위에서 계량과 스칼라 장을 전개하여 라디언 장과 그 운동에너지 및 질량 항 추출하기.
• 에너지-모멘타 텐서의 흔들림을 통해 라디언이 SM 장들(예: 힉스 및 Z 보손)과의 결합을 계산하며, 역작용 보정 포함하기.
• 최종적으로 도출된 라디언 질량과 결합을 원래의 GW 메커니즘과 kribs의 배경작용 모델과 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스칼라 장이 계량에 비중시적인 역작용을 미칠 때 비대칭 브레인월드 모델에서 골드버거-바이즈 메커니즘이 모듈러스를 안정화시킬 수 있는가?
• RQ2 표준 GW 접근법과 비교했을 때, 역작용은 라디언 모듈러스의 안정화 조건을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 역작용 효과로 인해 라디언 질량과 SM 장들에 대한 결합에 어떤 보정이 생기는가?
• RQ4 이 배경작용이 있는 모델에서의 라디언 현상학은 배경작용 매개변수의 주요 순서에서 kribs나 GW_radion에서 유도된 것과 등가한가?

주요 결과

• 모듈러스의 안정화 조건은 역작용으로 인해 수정되며, 이제 라디언 잠재력의 최소값이 역작용 매개변수에 명시적으로 의존한다.
• 역작용으로 인해 라디언 질량에 보정이 생기며, 이는 억제되지만 0이 아니며, 특히 $ u r_c $ 값이 작을 경우 두드러진다.
• 라디언-힉스 장의 결합은 $ \exp{\left[\frac{l^{2}}{6}\exp{(-2u\pi r_{c})}\right]} $ 요소로 수정되며, 이는 비역작용 경우보다 결합 강도를 감소시킨다.
• Z 보손과의 결합 역시 동일한 지수 함수로 보정되며, 동일한 역작용 매개변수 의존성을 갖는다.
• 다른 수식 체계를 사용함에도 불구하고, 이 연구에서 도출된 라디언 질량과 결합의 최종 표현은 $ u/k $ 의 주요 순서에서 kribs의 결과와 동치이다.
• 작은 역작용의 극한에서 GW에서 사용된 2차 잠재력과 kribs에서 사용된 4차 잠재력 사이에 비틀림 없는 상관관계가 존재함을 보여주며, 두 접근법의 일관성을 검증한다.