五维膜世界中物质场局域化的研究

The brane-world theory presents a new viewpoint on space-time, and it has broad applications in cosmology and particle physics. This theory can not only solve some fundamental problems in theoretical physics —— such as the hierarchy problem and the cosmology problem, but also make some predictions which would be tested in the large hadron collider (LHC) experiments and astronomical observations. This project includes three aspects: 1)We will establish the warped brane-world models in the frame of the five-dimensional Einstein's gravity theory, and study the hierarchy problem in these new brane-world models. 2)We will research the Kaluza-Klein (KK) modes of gravity and various matter fields on the brane in the five-dimensional Einstein-vector gravity theory, and consider the interactions between the massless fermion on the brane and the KK gravitons and KK bosons. Then we will give the corrections to Newton potential from KK gravitons, and to Coulomb potential from KK bosons. 3) We will calculate the contribution to the scattering cross sections of the four-dimensional fermions coming from the interactions with KK gravitons and KK gauge bosons. Furthermore we probe new physical effects of the brane-world theory by combining our results with the LHC experimental datas.

膜世界理论提出了一种新的时空观，它在宇宙学和粒子物理学中应用广泛。该理论不仅可以解决理论物理学中的一些基本问题——如层次问题和宇宙学常数问题，而且还做出了有可能在大型强子对撞机(LHC)和天文观测上进行检验的预言。本项目包括三个方面的研究内容：1）建立五维爱因斯坦引力理论框架下的弯曲膜世界模型，并在该模型中研究层次问题；2）考虑五维爱因斯坦-矢量引力理论框架下的膜世界模型，研究引力场和各种物质场在四维膜上的Kaluza- Klein(KK)粒子，并考虑四维费米子(即费米零模)与膜上的KK引力子和KK玻色子之间的相互作用，计算KK引力子对牛顿势的修正，以及KK玻色子对库伦势的修正；3）计算膜上KK引力子和规范玻色子对费米子之间散射的贡献，并结合LHC实验数据，探讨膜世界理论的新物理。

额外维和膜世界理论是现在物理学的热点问题，膜世界理论为规范层次问题和宇宙学常数问题等提供了一种合理的解释。在膜世界理论研究中一个很重要的课题就是高维时空中各种物质场的局域化问题。黑洞热力学性质的探讨一直是理论物理工作者感兴趣的课题之一。近年来人们通过选择取不同的独立对偶态参量对各种时空黑洞的相变进行了研究。在本项目的资助下一方面我们研究了引力微子场在五维的标量-张量膜世界模型中以及在f(R)厚膜世界中的局域化问题, 结果表明了自然界可能存在大量的有质量KK引力微子，而由于其质量谱间距量级很小导致了目前无法探测到；也为区别引力微子场与狄拉克费米场提供了一种思路。此外还通过引入辅助函数研究了五维非最小耦合下Elko场在厚膜世界中的局域化，结果发现Elko场的KK模式与耦合函数都与辅助函数有关，这为Elko场的局域化提供了一种机制。另一方面我们研究了Einstein-Gauss-Bonnet AdS 黑洞的热力学相变，给出了相变的条件及特性。