Гравитационное излучение в гипербранных моделях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.02, кандидат физико-математических наук Замани-Могаддам Соруш

• Замани-Могаддам Соруш
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Замани-Могаддам Соруш

1 Гипербраны и излучение в многомерных моделях

1.1 Модели гравитации с большими дополнительными измерениями.

1.1.1 Модель АДД.

1.1.2 Модель РС

1.2 Излучение в многомерных моделях.

2 Антигравитация при взаимодействии гипербран

2.1 Эффективный потенциал для параллельных гипербран.

2.2 Случай движущихся гипербран.

2.3 Антигравитация и перфорация 3-браны в РС2.

3 Перфорация браны и излучение

3.1 Теория возмущений.

3.2 Первый порядок и связь с моделью РС2.

3.3 Ударная волна Намбу-Голдстоуна.

3.4 Перфорационный заряд.

3.5 Возмущение мировой линии частицы.

3.6 Гравитационное излучение при перфорации.

3.7 Условия применимости и обрезание.

4 Гравитационное излучение плазмы в модели АДД

4.1 Кинетика однородной и изотропной плазмы на бране.

4.1.1 Теория возмущений.

4.1.2 Первый порядок: продольные флуктуации

4.1.3 Второй порядок: корреляционные функции.

4.2 Гравитационное излучение.

4.2.1 КК тормозное излучение.

4.2.2 Учег движения ионов.

4.2.3 Слияние двух ленгмюровских илазмонов в гравитон.

4.3 Обсуждение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гравитационное излучение в гипербранных моделях»

В течение последних лет в теории гравитации получила развитие идея так называемых больших дополнительных измерений. Первоначально она возникла как идея того, что наша Вселенная может быть топологическим дефектом в многомерном пространстве [1]-[5J. Другая идея была связана с возможностью нарушения суперсимметрии в теории струн па уровне энергий ТэВ [6] в результате компактификации дополнительных измерений в соответствующем масштабе [7]. Эта идея затем легла в основу нескольких моделей. Наиболее простая из них была предложена Аркани-Хамедом, Ди-моиолусом и Двали (АДД) [8]-[10] и развита в деталях Джудичи, Ратации и Уэллсом [11] а также Ханом, Ликкеном и Цаном [12]. Согласно АДД, поля стандартной модели локализованы в 1 1-3 подпространстве (на бране), гравитация же существует в полном пространстве, причем дополнительные п = D — 4 измерений имеют геометрию тора.

Другая модель, предложенная Рэидалл и Сапдрумом [13]-[16] использует вложение нашего пространства в пятимерное пространство анти-де Ситтера, причем брана имеет конечное натяжение, а в иятимерии вводится космологическая постоянная, величина которой связана с натяжением бра-пы. Эта модель существует в двух модификациях: с двумя бранамп (РС1) или с одной (РС2). В них также предполагается что стандартная модель живет на бране, в гравитация в пятимерном балке. Другие модели разрешают также жить в балке и полям стандартной модели, это называется "универсальными дополнительными измерениями"[17, 18]. Общей чертой всех описанных моделей является то, что многомерная планковекая масса имеет масштаб ТэВ. Модели с большими дополнительными измерениями могут объяснить разрыв между масштабом масс электрослабой модели Mew ~ 103 GeV , и планковским масштабом гравитации iV/pianc.k ^ 1019 GeV. На эту тему существует целый ряд обзоров [19]-[24].

В данной работе рассматриваются три задачи, мотивированные моделями с большими дополнительными измерениями. Первая - выяснение условий возникновения аптигравитации во взаимодействии гинербран. Ранее в рамках модели РС2 было замечено, что точечная частица из мирового объема 3-браны [25]-[27]. В гл. 2 мы рассматриваем более общую задачу взаимодействия двух гипербран различной размерности, в том числе движущихся, и находим условия возникновения гравитационного отталкивания. Физически оно обясняетея наличием отрицательного давления (натяжения) в мировом объеме браны.

Вторая задача - исследование перфорации браны точечной частицей. Показано (гл. 3), что перфорация может быть описана в рамках линеаризованной гравитации аналогично столкновению двух точечных зарядов в электродинамике, причем, в отличие от последнего, сингулярность в момент перфорации поддается аналитическому описанию на языке обобщенных функций. Обнаружено, что в момент перфорации на бране появляется ударная волна Намбу-Голдстоуна, которая далее распространяется свободно вдоль нее. Во втором порядке по гравитационной константе связи возникает гравитационное излучение.

Третья задача состоит в построении теории взаимодействия изотропной перелятивистской классической плазмы с гравитационными модами Калуцы-Клейна в теории АДД. Этому посвящена гл.4

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Замани-Могаддам Соруш, 2010 год

1. Аката К. An Early Proposal of Brane World j j Lcct. Notes. Phys. — 1982-v. 176. -P. 267.

2. Rubakov V. A. and Shaposhnikov M.E. Extra Space-Time Dimensions: Towards A Solution To The Cosmological Constant Problem j j Phys. Lett.B.—1983.—v. 125.-P. 139.

3. Rubakov V. A. and Shaposhnikov M.E. Do We Live Inside A Domain Wall? // Phys. Lett.B.—1983.—v. 125.-P. 136.

4. Visser M. An Exotic Class Of Kaluza-Klein Models // Phys. Lett.B— 1985.-v.159.-P. 22.

5. Gibbons G. W. and Wiltshire D.L. Space-Time as a Membrane in Higher Dimensions // Nucl.Phys.B.-1987.-v. 287.-P. 717.

6. Antoniadis I.,Bachas C.,Lewcllen D.C. and Tomaras T.N. On Supersymmetry Breaking In Superstrings //Phys.Lett.B.—1988.— v. 207.-P. 441.

7. Antoniadas I. A Possible New Dimension At A Few Tev 11 Phys. Lett.B. 1990.—v. 246.—P. 377.

8. Arkani-Hamed N.,Dimopoulos б'.and Dvali G.R. The hierarchy problem and new dimensions at a millimeter// Phys.Lett.B.—1998.—v. 429.—P. 263.

9. Arkani-Hamed N.,Dimopoulos S.and Dvali G.R. Phenomenology, Astrophysics and Cosmology of Theories with Sub-Millimeter Dimensions and TeV Scale Quantum Gravity //Phys. Rev.D-1999 —v. 59.-P. 086004.

10. Antoniadis I.,Arkani-Hamed N.,Dimopoulos S. and Dvali G.R. New dimensions at a millimeter to a Fermi and superstrings at a TeV /7 Phys.Lett.B.—1998.—v. 436.-P. 257.

11. Giudice G.F.,Rattazzi #.and Wells J.D. Quantum gravity and extra dimensions at high-energy colliders // Nucl.Phys.B —1999.—v. 544.—P. 3.

12. Han T.Lykken J.D.and Zhang R.J. On Kaluza-Klein states from large extra dimensions //Phys.Rev.D. 1999.—v. 59—P. 105006.

13. Randall L. and Swuirum R. A large mass hierarchy from a small extra dimension // Phys.Rev.Lett—1999—v. 83,—P. 3370.

14. Randall L. and Sundrum R. An alternative to compactification //Phys.Rev.Lett.-1999.-v. 83.-P. 4690.

15. Shiromizu T.,Maeda K.i. and Sasaki M. The Einstein equations on the 3-brane world //Phys.Rev.D.-2000.-v. 62.-P. 024012.

16. Sasaki M.,Shiromizu T.and Maeda K.i. Gravity, stability and energy conservation on the Randall-Sundrum brane-world //Phys.Rev.D.—2000.— v.62.-P. 024008.

17. Appelquist Т.,Cheng H.C. and Dobrescu B.A. Bounds on universal extra dimensions // Phys.Rev.D-2001.-v. 64. -P. 035002.

18. Feng J.L.,Rajaram,an /Land Takayama F. Graviton cosmology in universal extra dimensions //Phys.Rev.D.-2003.-v. 68.-P. 085018.

19. Rubakov V.A. Large and infinite extra dimensions: An introduction // Phys. Usp.—2001.—v. 44.-P. 871.

20. Rubakov V.A. Large and infinite extra dimensions // Usp. Fiz.Nauk — 2001 -v.171.-P. 913.

21. Gabadadze G. ICTP lectures on large extra dimensions // CERN-TH.— 2003.-v.157.

22. Dick R. Brane worlds // Journal-ref: Class. Quant. Grav.—2001,—v. 18.— R. 1-24.

23. Langlois D. Brane cosmology: An introduction //Journal-ref: Prog. Theor.Phys.Suppl.-2003.-No. 148.-P. 181-212.

24. Csaki C. TASI lectures on extra dimensions and branes //.—2004.

25. Rubakov V.A.,Sibiryakov S.M. The Gravity of escaping matter //'Class.Quant.Grav.—2000.—v. 17.-P. 4437.

26. Mueck W., Viswanathan K.S. and Volovich I. V. Geodesies and Newton's law in brane backgrounds //Nucl.Phys.B.—2000—v. 590.-P. 273.

27. Dubovsky S.L.Rubakov V.A. and Tinyakov P.G. Brane world: Disappearing massive matter //Phys.Rev.D.—2000.—v. 62,—P. 105011.

28. Adelberger E.G. Sub-millimeter tests of the gravitational inverse square law // EOT-WASH Group.-2002.

29. D. V. Gal'tsov, G. Kofinas. P. Spirin and T. N. Tornams, Classical ultra-relativistic scattering in ADD,// JHEP 2009. - v. 0905. — P. 074

30. Weinberg S. Gravitation and Cosmology // Wiley, New York.—1972.

31. Watson G.N. A Treatise on the Theory of Bessel Functions // Cambridge University Press.—1995.

32. Abramowitz M.Stegun LA. Handbook of Mathematical Funetions/'/Dover, New York.—1970.

33. Courant R. and Hilbert D. Methods of Mathematical Physics // Interscience. New York.—1962,—С. VI.

34. Hadarnard J. Lectures on Cauchy's Problem in Linear Partial Differential Equations //Yale University Press, New Haven.—1923.

35. Bar-row J.D. and Tipler F.J. The Anthropic Cosmological Principle //Oxford University Press, Oxford.—1986.

36. GaVtsov D.V. Radiation reaction in various dimensions j j Phys.Rev.D — 2002. v. 66.-P. 025016.

37. Hassaiii S. Mathematical Physics j j Springer-Verlag, New York.—1998.

38. Kazinski P.O.,Lyakhovich S.L. and Shampov A.A. Radiation reaction and renormalization in classical electrodynamics of point particle in any dimension //Phys.Rev.D.-2002.-v. 66.-P. 025017.

39. Kosyakov B.P. Exact Solutions of Classical Electrodynamics and the Yang-Mills-Wong Theory in Even-Dimensional Spacetime j j Theor. M a.t h. Phys.—1999.—v. 119.-P. 493.

40. GaVtsov D.V., Melkumova, E.Yu., Zamani-Moghaddarn S. Nambu-Goldstone explosion under brane perforation //'JETP Letters.—2010.— v. 92.—N. 5.—P. 312.

41. Kibble T.V.B. Topology of Cosmic Domains and Strings //J. Phys.A.— 1976.—v. 9.—P. 1387.

42. Vilenkin A. Cosmic Strings And Domain Walls //Phys. Rep—1985.— .v. 263.—P. 365.

43. Gibbons G.V., Hawking S.W. and Vachaspati eds.T. The formation and evolution of cosmic strings // CUP.—1990.

44. Hidmarsh M.B. and Kibble T.W.B. Cosmic strings //Rep. Pro. Phys. 1995.-V. 58.-P. 477-562.

45. Vilenkin A. and Shellard E.P.S. Cosmic Strings and Other Topological Defects // Cambridge University Press.Cambridge.- .2000.

46. Chamblin A. and Eardley D.M. Puncture of gravitating domain walls // Phys.Lett.B.-2000.-v. 475.—P. 46.

47. Stojkovic D., Freese K. and Starkman G.D. Holes in the walls: Primordial black holes as a solution to the cosmological domain wall problem // Phys.Rev.D.—2005,—v. 72.-P. 045012.

48. Dvali G.R. and Туе S.H.H. Brane inflation // Phys. Lett.B.-1999,— v. 450.—P. 72.

49. Khoury J., Ovrut B.A., Steinhardt P.J. and Turok N. The ckpyrotic universe: Colliding branes and the origin of the hot big bang // Phys. Rev.D.—2001.—v. 64.-P. 123522.

50. Turok N. Perry M. and Steinhardt P.J. M theory model of a big crunch / big bang transition // Phys.Rev.D.-2004,—v. 70.-P. 106004.51 j Gibbons G. Colliding Brane Cosmologies // Prog.Theor.Phys.Suppl.— 2006.—v. 163.-P. 276.

51. Argyres P.C., Dimopoulos S. and March-Russell J. Black holes and sub-millimeter dimensions // Phys.Lett.В.—1998.—'v. 441.—P. 96.

52. Giddings S.B. and Thomas S.D. High energy colliders as black hole factories: The end of short distance physics j j Phys.Rev.D.—2002.—v. 65.— P. 056010.

53. Eardley D.M. and Giddings S.B. Classical black hole production in high-energy collisions j j Phys.Rev.D.—2002.—v. 66.-P. 044011.56