[논문 리뷰] Extending bimetric models of massive gravity to avoid to rely on the Vainshtein mechanism on local scales and the Higuchi bound on cosmological scales

Antonio De Felice, Shinji Mukohyama외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 15.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 국소 스케일에서 Vainshtein 메커니즘과 우주론적 스케일에서 Higuchi 경계를 피하기 위해 이중중력장 질량이 환경에 따라 달라지도록 제안한다. 국소 에너지 밀도에 따라 질량과 강한 결합 스케일을 동적으로 의존시키는 것으로, 이 모델은 국소 중력 실험과 우주론적 안정성 모두와 일관성을 유지하면서도, 현상학적으로 타당하고 UV 완성된 프레임워크를 가능하게 한다.

ABSTRACT

This article extends bimetric formulations of massive gravity to make the mass of the graviton to depend on its environment. This minimal extension offers a novel way to reconcile massive gravity with local tests of general relativity without invoking the Vainshtein mechanism. On cosmological scales, it is argued that the model is stable and that it circumvents the Higuchi bound, hence relaxing the constraints on the parameter space. Moreover, with this extension the strong coupling scale is also environmentally dependent in such a way that it is kept sufficiently higher than the expansion rate all the way up to the very early universe, while the present graviton mass is low enough to be phenomenologically interesting. In this sense the extended bigravity theory serves as a partial UV completion of the standard bigravity theory. This extension is very generic and robust and a simple specific example is described.

연구 동기 및 목표

• 고정된 질량 매개변수의 가정을 버리고, 국소 중력 실험과 일반 상대성 이론의 일관성을 유지하면서도 Vainshtein 스크리닝 메커니즘에 의존하지 않고, 질량이 있는 중력 이론과의 갈등을 해결하고자 한다.
• 표준 질량 있는 중력에서 제약을 가중하는 de Sitter 시공간에서의 Higuchi 경계를 우회하고자 한다.
• 우주의 역사 전반에 걸쳐 강한 결합 스케일이 허블 상수보다 높게 유지되도록 보장하고자 한다.
• 고에너지에서 이론을 부분적으로 완성하는 일반적이고 견고한 이중중력 이론의 확장 제공을 목적으로 한다.
• 관측 결과와 일치하는 낮은 현재의 중력자 질량을 가진 현상학적으로 타당한 모델을 구축하고자 한다.

제안 방법

• 국소 에너지 밀도에 따라 변화하는 환경 의존적 중력자 질량을 도입하여 고정된 질량 매개변수의 가정을 깨뜨린다.
• 지오데식 또는 물질 밀도에 따라 결합하는 스칼라 장 또는 함수를 포함하여 이중중력 액션을 수정함으로써 중력자 질량을 동적으로 조정한다.
• 고밀도 및 저밀도 영역에서 선형 운동 방정식을 유도하여 스크리닝 및 안정성을 평가한다.
• de Sitter 근사에서 질량 항의 환경 의존성이 Higuchi 경계를 우회함을 확인하기 위해 분석한다.
• 에너지 밀도에 따라 강한 결합 스케일을 평가하여 모든 시점에서 허블 상수보다 높게 유지됨을 보장한다.
• 모델의 일관성과 견고성을 입증하기 위해 구체적이고 최소한의 예시를 구성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Vainshtein 메커니즘을 도입하지 않고도 질량 있는 중력 이론이 국소 중력 실험과 일치시킬 수 있는가?
• RQ2 환경 의존적 중력자 질량이 우주론적 스케일에서 Higuchi 경계를 우회할 수 있는가?
• RQ3 우주의 역사 전반에 걸쳐 강한 결합 스케일을 충분히 높게 유지하면서도 현재의 중력자 질량은 낮게 유지할 수 있는가?
• RQ4 확장된 이중중력 이론은 안정적이며, 터널링 또는 가짜 입자 유형의 불안정성 없이 작동하는가?
• RQ5 이 확장은 표준 이중중력 이론의 부분적인 UV 완성으로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 국소 밀도에 따라 중력자 질량이 적응함으로써 이 모델은 국소 스케일에서 Vainshtein 메커니즘의 필요성을 피하며, 태양계 실험과의 일치를 유지한다.
• 중력자 질량의 환경 의존성이 우주론적 스케일에서 Higuchi 경계를 우회함으로써 매개변수 공간에 대한 제약가 줄어든다.
• 고밀도 영역에서 강한 결합 스케일이 동적으로 높아져 초기 우주에서조차도 허블 상수보다 높게 유지됨을 보장한다.
• 현재의 중력자 질량은 관측 결과와 일치하는 현상학적으로 타당한 수준으로 낮다.
• 선형 변동에 대해 안정적이며, de Sitter 근사에서 가짜 입자나 터널링 불안정성이 발생하지 않는다.
• 모델의 강인성과 일반성을 입증하기 위해 간단하고 명확한 실현 예가 제시되었으며, 이는 이중중력 이론의 최소한의 확장으로서의 타당성을 보여준다.