[论文解读] Localization of gravity on a thick braneworld without scalar fields

Alfredo Herrera–Aguilar, Dagoberto Malagón–Morejón+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2010

Black Holes and Theoretical Physics被引用 9

一句话总结

该论文提出了一种厚膜宇宙模型，其引力局域化在具有4D de Sitter对称性的3-brane上，仅由5D宇宙学常数和de Sitter度规生成，无需标量场。该模型展示了4D引力局域化、Kaluza-Klein谱中的离散质量间隙，并计算了牛顿定律的修正，同时在第五维保持了光滑的曲率并避免了裸奇点。

ABSTRACT

In this work we present a simple thick braneworld model that is generated by an intriguing interplay between a 5D cosmological constant with a de Sitter metric induced in the 3-brane without the inclusion of scalar fields. We show that 4D gravity is localized on this brane, provide analytic expressions for the massive Kaluza-Klein (KK) fluctuation modes and also show that the spectrum of metric excitations displays a mass gap. We finally present the corrections to Newton's law due to these massive modes. This model has no naked singularities along the fifth dimension despite the existence of a mass gap in the graviton spectrum as it happens in thick branes with 4D Poincare symmetry, providing a simple model with very good features: the curvature is completely smooth along the fifth dimension, it localizes 4D gravity and the spectrum of gravity fluctuations presents a mass gap, a fact that rules out the existence of phenomenologically dangerous ultralight KK excitations in the model. We finally present our solution as a limit of scalar thick branes.

研究动机与目标

• 构建一种无需标量场的厚膜宇宙模型，以实现4D引力局域化。
• 在第五维中消除裸奇点的同时，保持引力子谱中的质量间隙。
• 为质量较大的Kaluza-Klein模式提供解析表达式，并计算牛顿定律的修正。
• 表明该模型可作为标量厚膜宇宙解的极限情况得到。
• 建立一种光滑、曲率正则的几何结构，确保引力子激发态具有现象学上的安全性。

提出的方法

• 利用具有宇宙学常数和在3-brane上为de Sitter度规的5D时空，生成膜的几何结构。
• 在5D中求解爱因斯坦方程，推导出翘曲因子和度量分量，无需引入标量场。
• 通过求解Kaluza-Klein模式的线性化引力方程，分析度量涨落的谱。
• 推导出质量较大的KK模式的解析表达式，并确认谱中存在质量间隙。
• 计算由质量较大的KK引力子交换引起的牛顿定律修正。
• 证明该解可作为已知标量厚膜宇宙模型的极限情况得到。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅通过5D宇宙学常数和de Sitter对称性，能否在无标量场的情况下将4D引力局域化在厚膜上？
• RQ2 若无标量场，第五维中是否会产生裸奇点，还是曲率可保持光滑？
• RQ3 此类模型中Kaluza-Klein引力子谱的结构如何，是否表现出质量间隙？
• RQ4 质量较大的KK模式如何在此类膜宇宙情景中修正牛顿定律？
• RQ5 该模型能否作为标量基厚膜宇宙解的极限情况推导得出？

主要发现

• 该模型成功地在无标量场的情况下将4D引力局域化在膜上。
• 第五维中的曲率完全光滑，避免了裸奇点。
• 度量激发态的谱表现出离散的质量间隙，排除了超轻KK模式的存在。
• 明确推导出质量较大的Kaluza-Klein涨落模式的解析表达式。
• 计算了牛顿定律的修正，并表明由于质量间隙的存在，其修正效应被抑制。
• 该解被识别为标量厚膜宇宙模型的极限情况，证实了与已知框架的一致性。