[논문 리뷰] Probing the Desert with Ultra-Energetic Neutrinos from the Sun

Alon E. Faraggi, Keith A. Olive외 1명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 11.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 현실적인 초끈 이론 모델에서 예측하는 특이한 안정성 또는 준안정성 입자들이 태양에서 기인하는 초고에너지 뉴트리노가 존재할 수 있다고 제안한다. 특히 윌슨-라인 대칭성 깨짐에서 유래한 것들이다. 이들은 이러한 뉴트리노를 탐지하는 것이 고에너지 물리학에 모델에 의존하지 않는 제약을 가질 수 있음을 보여주며, 특히 테바 스케일 칼루차-클라인 이론에서 중요한 영향을 미친다. 또한 중성자-뮤온 에너지 상관관계 측정을 통해 중력 통합 이론의 사막 영역을 탐사할 수 있음을 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 초끈 이론 모델에서 예측하는 특이한 안정성 또는 준안정성 입자가 태양에서 검출 가능한 초고에너지 뉴트리노 플럭스를 생성할 수 있는지 조사하기.
• 그러한 뉴트리노 플럭스의 검출 가능성과 고에너지 물리학 모델, 특히 고에너지 절단이 존재하는 모델에 대한 영향 평가하기.
• 고해상도 뮤온 에너지 해상도를 갖춘 태양 뉴트리노 탐지가 중력 통합 이론의 에너지 스케일을 제약하는 데 사용될 수 있음을 제안하기.
• 뉴트리노 생성의 맥락에서 다른 무거운 안정 입자들, 예를 들어 글루아노 LSP와 같은 것들의 기대 플럭스를 검토하기.

제안 방법

• 게이지 또는 이산 대칭에 의해 보호되는 초끈 상태의 붕괴를 모델링하여 초끈 유도 중력 통합 이론 내에서 뉴트리노로의 전환을 분석하기.
• 이러한 특이한 입자 붕괴로 인해 태양에서 기대되는 초고에너지 뉴트리노 플럭스를 계산하기.
• 뉴트리노 탐지 결과를 적용하여 테바 스케일 칼루차-클라인 이론 같은 모델의 고에너지 절단에 제약을 가하기.
• 들어오는 뉴트리노의 방향과 탐지된 뮤온의 에너지 간 상관관계를 분석하여 태양에서 온 뉴트리노 에너지 스펙트럼을 추론하기.
• 게이지 또는 이산 대칭에 의해 보호되는 특이한 상태의 안정성 덕분에 태양 환경에서 장수하거나 안정적인 성질을 가질 수 있음을 정당화하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초끈 이론 모델에서 예측하는 특이한 안정성 또는 준안정성 입자가 태양에서 검출 가능한 초고에너지 뉴트리노 플럭스를 생성할 수 있는가?
• RQ2 그러한 뉴트리노의 탐지가 중력 통합 이론의 고에너지 절단, 특히 테바 스케일 칼루차-클라인 모델에서 어떻게 제약을 가하는가?
• RQ3 글루아노 유사 LSP의 붕괴에서 예상되는 뉴트리노 플럭스는 얼마인가?
• RQ4 뉴트리노 탐지기에서 뮤온의 에너지 해상도는 태양 뉴트리노의 에너지 스펙트럼을 탐사하는 데 어떻게 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 게이지 또는 국소 이산 대칭에 의해 보호되는 특이한 뉴트리노 상태는 붕괴로 인해 태양에서 검출 가능한 초고에너지 뉴트리노 플럭스를 생성할 수 있다.
• 그러한 뉴트리노의 탐지는 중력 통합 이론의 고에너지 절단에 모델에 의존하지 않는 제약을 가하며, 특히 테바 스케일 칼루차-클라인 시나리오에 해당한다.
• 태양에서 온 뉴트리노의 방향과 탐지된 뮤온의 에너지 간 상관관계는 뉴트리노 에너지 스펙트럼과 사막 영역의 기본 물리학을 탐사하는 데 고유한 수단을 제공한다.
• 글루아노 LSP에서 기대되는 플럭스는 이러한 입자가 초고에너지 뉴트리노 플럭스에 상당한 기여를 할 수 있음을 시사한다.