Частица-хамелеон

Хамелеон — это гипотетическая скалярная частица , которая взаимодействует с материей слабее, чем гравитация, ^[1] постулируемая как кандидат в темную энергию . ^[2] Из-за нелинейного самодействия он имеет переменную эффективную массу, которая является возрастающей функцией плотности окружающей энергии - в результате прогнозируется, что диапазон силы, передаваемой частицей, будет очень мал в области с высокой плотностью (например, на Земле, где она составляет менее 1 мм), но гораздо больше в межгалактических регионах с низкой плотностью: модели хамелеона в космосе допускают диапазон до нескольких тысяч парсеков . В результате этой переменной массы гипотетическая пятая сила , опосредованная хамелеоном, способна обойти текущие ограничения на нарушение принципа эквивалентности, выведенные из земных экспериментов, даже если она соединяется с материей с силой, равной или превышающей силу гравитации. Хотя это свойство позволило бы хамелеону управлять наблюдаемым в настоящее время ускорением расширения Вселенной , оно также затрудняет его экспериментальную проверку.

В 2021 году физики предположили, что в эксперименте по детектору темной материи XENON1T было обнаружено превышение, а скорее, что кандидат на роль темной материи может быть кандидатом на темную энергию, особенно частицы-хамелеоны ^[3]^[4]^[5], но в июле 2022 года был проведен новый анализ XENONnT. выбросил лишнее. ^[6]^[7]^[8]

Гипотетические свойства

Частицы-хамелеоны были предложены в 2003 году Хури и Велтманом.

В большинстве теорий масса хамелеонов масштабируется как некоторая степень локальной плотности энергии: , где $m_{\text{eff}}\sim \rho ^{\alpha }$ $\alpha \simeq 1.$

Хамелеоны также соединяются с фотонами, позволяя фотонам и хамелеонам колебаться между собой в присутствии внешнего магнитного поля . ^[9]

Хамелеонов можно помещать в полые контейнеры, поскольку их масса быстро увеличивается по мере того, как они проникают через стенку контейнера, заставляя их отражаться. Одна из стратегий экспериментального поиска хамелеонов — направить фотоны в полость, удерживая образующихся хамелеонов, а затем выключить источник света. На хамелеонов указывает наличие послесвечения, когда они распадаются обратно на фотоны. ^[10]

Экспериментальные поиски

В ряде экспериментов предпринимались попытки обнаружить хамелеонов вместе с аксионами . ^[11]

Эксперимент GammeV ^[12] представляет собой поиск аксионов, но его использовали и для поиска хамелеонов. Он состоит из цилиндрической камеры, помещенной в магнитное поле напряженностью 5 Тл . Концы камеры представляют собой стеклянные окна, позволяющие свету лазера проникать внутрь и выходить послесвечению. GammeV установил ограничение связи с фотонами в 2009 году. ^[13]

Результаты CHASE (CHameleon Afterglow SEarch), опубликованные в ноябре 2010 года ^[14], улучшают пределы массы на 2 порядка и на 5 порядков для связи фотонов.

Измерение нейтронного зеркала в 2014 году исключило поле хамелеона для значений константы связи , ^[15] где эффективный потенциал квантов хамелеона записывается как , являясь массовой плотностью окружающей среды, потенциалом хамелеона и приведенной планковской массой. $\beta >5,8\times 10^{8}$ $V_{\text{eff}}=V(\Phi)+e^{\beta \Phi /M'_{\text{P}}}\rho$ $\rho$ $V(\Phi)$ $M'_{\text{P}}$

Солнечный телескоп CERN Axion был предложен в качестве инструмента для обнаружения хамелеонов. ^[16]

Рекомендации

Примечания

^ Чо, Адриан (2015). «Крошечный фонтан атомов открывает большие возможности для понимания темной энергии». Наука . doi : 10.1126/science.aad1653.
^ Хури, Джастин; Велтман, Аманда (2004). «Космология Хамелеон». Физический обзор D . 69 (4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Бибкод : 2004PhRvD..69d4026K. doi : 10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID 119478819.
^ «Обнаружили ли мы темную энергию? Ученые говорят, что это возможно» . Кембриджский университет . Проверено 18 октября 2021 г.
^ Фернандес, Элизабет. «Сигнал эксперимента XENON1T может быть отличительной чертой темной энергии». Форбс . Проверено 18 октября 2021 г.
^ Ваньоцци, Санни; Визинелли, Лука; Бракс, Филипп; Дэвис, Энн-Кристин; Сакштейн, Джереми (15 сентября 2021 г.). «Прямое обнаружение темной энергии: избыток XENON1T и перспективы на будущее». Физический обзор D . 104 (6): 063023. arXiv : 2103.15834 . Бибкод : 2021PhRvD.104f3023V. doi : 10.1103/PhysRevD.104.063023. S2CID 232417159.
^ «Новый эксперимент с темной материей опроверг предыдущие намеки на новые частицы» . Новости науки . 22 июля 2022 г. Проверено 3 августа 2022 г.
^ Априле, Э.; Абэ, К.; Агостини, Ф.; Маулуд, С. Ахмед; Альтюзер, Л.; Андрие, Б.; Анджелино, Э.; Ангевааре, младший; Анточи, ВК; Мартин, Д. Антон; Арнеодо, Ф. (22 июля 2022 г.). «Поиск новой физики в данных электронной отдачи от XENONnT». Письма о физических отзывах . 129 (16): 161805. arXiv : 2207.11330 . Бибкод : 2022PhRvL.129p1805A. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.161805. PMID 36306777. S2CID 251040527.
^ Линь, Тонгьян (12 октября 2020 г.). «Детектор темной материи выдает загадочный сигнал». Физика . 13 : 135. Бибкод : 2020PhyOJ..13..135L. дои : 10.1103/Физика.13.135 . S2CID 226325594.
^ Эрикчек, Алабама ; Барнаби, Н.; Беррейдж, К; Хуан, Z (2013). «Катастрофические последствия удара ногой хамелеона». Письма о физических отзывах . 110 (17): 171101. arXiv : 1304.0009 . Бибкод : 2013PhRvL.110b1101S. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.171101. PMID 23679701. S2CID 118730981.
^ Штеффен, Джейсон Х.; Коллаборация Гаммева (2008). «Ограничения на хамелеоны и аксионоподобные частицы из эксперимента GammeV». Труды по идентификации темной материи 2008 — PoS(idm2008) . Том. 2008. с. 064. arXiv : 0810.5070 . Бибкод : 2008idm..confE..64S. дои : 10.22323/1.064.0064 . S2CID 16823913. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
^ Рыбка, Г; Хотц, М; Розенберг, LJ; Асталос, С.Дж.; Карози, Дж; Хагманн, К; Кинион, Д; Ван Биббер, К.; Хоскинс, Дж; Мартин, К; Сикиви, П; Таннер, Д.Б.; Брэдли, Р; Кларк, Дж (2010). «Поиск скалярных полей-хамелеонов с помощью аксионного эксперимента с темной материей». Письма о физических отзывах . 105 (5): 051801. arXiv : 1004.5160 . Бибкод : 2010PhRvL.105a1801B. doi :10.1103/PhysRevLett.105.051801. PMID 20867906. S2CID 55204188.
^ Эксперимент GammeV в Фермилабе
^ Чжоу, А.С.; Вестер, В.; Баумбо, А.; Густафсон, HR; Ирисарри-Валле, Ю.; Мазур, ПО; Штеффен, Дж. Х.; Томлин, Р.; Упадхе, А.; Вельтман, А.; Ян, X.; Ю, Дж. (22 января 2009 г.). «Поиск частиц-хамелеонов с использованием метода фотонной регенерации». Письма о физических отзывах . 102 (3): 030402. arXiv : 0806.2438 . Бибкод : 2009PhRvL.102c0402C. doi :10.1103/PhysRevLett.102.030402. PMID 19257328. S2CID 12327360.
^ Штеффен, Джейсон Х. (2011). «Лаборатория CHASE ищет темную энергию хамелеона». Материалы 35-й Международной конференции по физике высоких энергий — PoS (ICHEP 2010) . Том. 2010. с. 446. arXiv : 1011.3802 . Бибкод : 2010iche.confE.446S. дои : 10.22323/1.120.0446 . {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
^ Дженке, Т.; Кроненберг, Г.; Бургдёрфер, Дж.; Чижова, Л.А.; Гельтенборт, П.; Иванов А.Н.; Лауэр, Т.; Линс, Т.; Роттер, С.; Саул, Х.; Шмидт, У.; Абеле, Х. (16 апреля 2014 г.). «Гравитационно-резонансная спектроскопия ограничивает сценарии темной энергии и темной материи». Письма о физических отзывах . 112 (15): 151105. arXiv : 1404.4099 . Бибкод : 2014PhRvL.112o1105J. doi : 10.1103/PhysRevLett.112.151105. PMID 24785025. S2CID 38389662.
^ В. Анастасопулос; М. Арик; С. Ауне; К. Барт; А. Белов; Х. Браунингер; . . . К. Зиутас (16 марта 2015 г.). «Поиск хамелеонов с помощью CAST». Буквы по физике Б. 749 : 172–180. arXiv : 1503.04561 . Бибкод : 2015PhLB..749..172A. doi :10.1016/j.physletb.2015.07.049. S2CID 59375694.

Записи в журнале