[論文レビュー] On the gravitational seesaw and light bending

Antonio Accioly, Breno L. Giacchini+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、6階微分以上（六階微分以上）の高階微分重力理論における重力的セワウ機構を検討し、ニュートリノ質量階層と類似したアプローチを用いて、周波数依存の光の屈折を介して検出可能な軽い重力自由度を同定する。その結果、4階微分の場合より多くの微分を追加しても、最も軽い質量は低下しないことが判明し、安定性の利点があるものの、実験的検出は制限される。

ABSTRACT

Local gravitational theories with more than four derivatives are superrenormalizable, and also may be unitary in the Lee-Wick sense. It makes sense to study low-energy properties of these theories, e.g., identify observables which might be useful for experimental detection of higher derivatives. Using an analogy with neutrino Physics, we explore the possibility of a gravitational seesaw mechanism, in which several dimensional parameters of the same order of magnitude produce a hierarchy in the masses of propagating particles and make a relatively light degree of freedom detectable by frequency dependence in the gravitational light bending. It turns out that such a seesaw mechanism in the six- and more-derivative theories is unable to reduce the lightest mass more than in the simplest four-derivative model. Adding more derivatives can only make heavier masses even larger. This fact may be favorable for protecting the theory from instabilities, but makes experimental detection of higher derivatives more difficult.

研究の動機と目的

• 6階微分以上（六階微分以上）の高階微分重力理論が、セワウ機構を通じて検出可能な軽い重力自由度を生成できるかを調査すること。
• 特に周波数依存の重力的光の屈折を含む、低エネルギー観測量—実験的検出に適したもの—を同定すること。
• このような理論における、より多くの微分項を追加することで、軽く検出可能な粒子の出現が促進されるか、あるいは妨げられるかを評価すること。
• 超可縮重力的高階微分理論におけるユニタリティと安定性に、このメカニズムが与える影響を評価すること。

提案手法

• 摂動的ユニタリティを保証するリー＝ウィック型のユニタリフレームワークを高階微分重力に採用する。
• 複数の次元パラメータを同程度の大きさとして用いることで、ニュートリノ質量生成と類似したセワウ機構を構築する。
• 6階微分以上（六階微分以上）の高階微分重力モデルにおける、伝搬する自由度のスペクトルを分析する。
• 最も軽い質量状態をプローブするため、重力的光の屈折の周波数依存性を計算する。
• 6階微分理論における最小の最も軽い質量スケールを、より単純な4階微分モデルと比較する。
• 有効場理論的手法を用いて、実験的検出に関連する低エネルギー観測量を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6階微分以上（六階微分以上）の高階微分重力理論におけるセワウ機構が、光の屈折を介して検出可能な軽い重力自由度を生成できるか？
• RQ2 このような理論における最も軽い質量スケールは、4階微分の場合と比べてどうなるか？
• RQ3 4階微分を超えて微分の数を増加させることで、最も軽い伝搬自由度の質量が低下するか？
• RQ4 周波数依存の重力的光の屈折は、高階微分重力の実験的シグネチャとして実用的か？
• RQ5 セワウ機構は、高階微分重力モデルの安定性とユニタリティにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 6階微分以上（六階微分以上）の高階微分重力理論におけるセワウ機構は、4階微分モデルで達成されたスケールを下回る最も軽い質量を実現できない。
• より多くの微分を追加しても、重いモードの質量は増加するが、最も軽い状態の検出可能性には改善が見られない。
• 高階微分理論における最小の最も軽い質量は、4階微分モデルのケースによって上限が制限され、実験的感度が制限される。
• 高階微分による安定性の利点があるものの、質量の抑制が欠如しているため、このような項の検出はより困難になる。
• 周波数依存の重力的光の屈折は依然として有効なプローブであるが、それは最も軽いモードが既に軽い場合に限る—高階微分モデルはこれを強化しない。