[論文レビュー] Gravity-mediated Dark Matter

Hyun Min Lee, Myeonghun Park+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2013

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、歪んだ幾何学における圧縮された追加次元から生じる重力媒介型のダークマターの場面を提案する。この場面では、ダークマターは可視系と重力以外の相互作用を一切行わず、重力のみを通じて相互作用する。このメカニズムは正しいリlic密度を再現でき、強い結合・近似自己共形的理論と双対的であることが示され、複合ヒッグス模型の枠組み内での実現可能なダークマターの枠組みを提供する。

ABSTRACT

Dark matter could have an electroweak origin, yet communicate with the visible sector exclusively through gravitational interactions. In a set-up addressing the hierarchy problem, we propose a new dark matter scenario where gravitational mediators, arising from the compactification of extra-dimensions, are responsible for dark matter interactions and its relic abundance in the Universe. We write an explicit example of this mechanism in warped extra-dimensions and work out its constraints. We also develop a dual picture of the model, based on a four-dimensional scenario with partial compositeness. We show that Gravity-mediated Dark Matter is equivalent to a mechanism of generating viable dark matter scenarios in a strongly-coupled, near-conformal theory, such as in composite Higgs models.

研究の動機と目的

• 純粋に重力的相互作用を有するダークマター機構を提案することで、階層問題を解決すること。
• 正しいダークマターの残存密度を生成する歪んだ追加次元における明確なモデルを構築すること。
• 部分的複合性を用いた4次元の双対記述を構築すること。
• 重力媒介型ダークマターと強い結合・近似自己共形的場の理論におけるダークマターの等価性を示すこと。
• 複合ヒッグス模型の枠組みと整合する実現可能なダークマターの場面を提供すること。

提案手法

• 歪んだ追加次元を用いて、ダークマター相互作用の重力的媒介者を生成する。
• バルク内のカルラツ＝シュリンガー励起状態からダークマター候補が生じる明示的モデルを構築する。
• ランサム＝サンドルムのメカニズムを適用し、指数関数的歪みによって階層問題を解決する。
• 初期宇宙における熱的凍結機構を用いて、重力によって媒介されるダークマターの残存密度を導出する。
• 部分的複合性を介して4次元の双対記述を確立し、高次元モデルを強い結合系に写像する。
• 重力媒介型の場面と近似自己共形的場理論における複合ダークマターの等価性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力のみで相互作用するダークマターが、正しい残存密度に達することができるか？
• RQ2 重力的結合のみを有するダークマター模型において、階層問題はどのように解決できるか？
• RQ3 歪んだ追加次元における重力媒介型ダークマター場面の4次元双対記述は何か？
• RQ4 このモデルは、強い結合・近似自己共形的場理論における複合ダークマター場面とどのように等価であるか？
• RQ5 このようなダークマター枠組みにおける物性的制約と実現可能性の条件は何か？

主な発見

• 重力的相互作用のみで決定される残存密度を持つ実現可能なダークマター候補が実現された。
• 追加次元の歪んだ幾何学によって、このメカニズムは自然に階層問題を解決する。
• 部分的複合性を用いた4次元の双対記述が構築され、モデルが強い結合ダイナミクスと結びついた。
• 重力媒介型ダークマター場面が、近似自己共形的場理論における複合ダークマター枠組みと等価であることが示された。
• モデルは宇宙論的および物性的制約を満たしており、正しい残存密度と安定性を満たしている。
• 双対的図像は、ダークマターの性質が強い相互作用から生じており、複合ヒッグス模型の物性的記述と整合的であることを確認した。