Частица-хамелеон

Гипотетическая скалярная частица, которая взаимодействует с материей слабее, чем гравитация

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

В 2021 году физики предположили, что избыток, зарегистрированный в ходе эксперимента по детектору темной материи XENON1T, может быть не кандидатом на темную материю, а кандидатом на темную энергию: в частности, частицами-хамелеонами ^{[3] [4] [5],} однако в июле 2022 года новый анализ XENONnT отклонил избыток. ^{[6] [7] [8]}

Гипотетические свойства

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

В большинстве теорий хамелеоны имеют массу, которая масштабируется как некоторая степень локальной плотности энергии: , где ${\displaystyle m_{\text{eff}}\sim \rho ^{\alpha }}$ ${\displaystyle \alpha \simeq 1.}$

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

Хамелеоны могут быть заключены в полые контейнеры, поскольку их масса быстро увеличивается по мере того, как они проникают через стенку контейнера, заставляя их отражать. Одна из стратегий экспериментального поиска хамелеонов заключается в том, чтобы направить фотоны в полость, ограничивая произведенных хамелеонов, а затем выключить источник света. Хамелеоны будут обнаружены по наличию послесвечения, когда они распадаются обратно на фотоны. ^[10]

Экспериментальные поиски

В ряде экспериментов была предпринята попытка обнаружить хамелеонов вместе с аксионами . ^[11]

Эксперимент GammeV ^[12] — это поиск аксионов, но он также использовался для поиска хамелеонов. Он состоит из цилиндрической камеры, помещенной в магнитное поле 5 Т. Концы камеры — стеклянные окна, позволяющие свету от лазера входить и послесвечению выходить. GammeV установил ограниченную связь 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 фотонной связи.

Измерение нейтронного зеркала 2014 года исключило поле хамелеона для значений константы связи ^[15] , где эффективный потенциал квантов хамелеона записывается как , представляющий собой плотность массы окружающей среды, потенциал хамелеона и приведенную массу Планка. ${\displaystyle \beta >5.8\times 10^{8}}$ ${\displaystyle V_{\text{eff}}=V(\Phi )+e^{\beta \Phi /M'_{\text{P}}}\rho }$ ${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle V(\Phi )}$ ${\displaystyle M'_{\text{P}}}$

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

Ссылки

Цитаты

1. Чо, Адриан (2015). «Крошечный фонтан атомов проливает свет на большие глубины темной энергии». Science . doi :10.1126/science.aad1653.
2. Хури, Джастин; Велтман, Аманда (2004). «Космология хамелеона». Physical Review D. 69 ( 4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Bibcode : 2004PhRvD..69d4026K. doi : 10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID  119478819.
3. «Мы обнаружили темную энергию? Ученые говорят, что это возможно». Кембриджский университет . Получено 18 октября 2021 г.
4. Фернандес, Элизабет. «Сигнал от эксперимента XENON1T может быть признаком темной энергии». Forbes . Получено 18 октября 2021 г.
5. Вагноцци, Санни; Визинелли, Лука; Бракс, Филипп; Дэвис, Энн-Кристин; Сакштейн, Джереми (15 сентября 2021 г.). «Прямое обнаружение темной энергии: избыток XENON1T и будущие перспективы». Physical Review D. 104 ( 6): 063023. arXiv : 2103.15834 . Bibcode : 2021PhRvD.104f3023V. doi : 10.1103/PhysRevD.104.063023. S2CID  232417159.
6. "Новый эксперимент с темной материей опроверг более ранние намеки на новые частицы". Science News . 2022-07-22 . Получено 2022-08-03 .
7. Aprile, E.; Abe, K.; Agostini, F.; Maouloud, S. Ahmed; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, JR; Antochi, VC; Martin, D. Antón; Arneodo, F. (2022-07-22). "Поиск новой физики в данных об электронной отдаче от XENONnT". Physical Review Letters . 129 (16): 161805. arXiv : 2207.11330 . Bibcode : 2022PhRvL.129p1805A. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.161805. PMID  36306777. S2CID  251040527.
8. Лин, Тонгян (2020-10-12). «Детектор темной материи подает загадочный сигнал». Physics . 13 : 135. Bibcode :2020PhyOJ..13..135L. doi : 10.1103/Physics.13.135 . S2CID  226325594.
9. Эрикчек, АЛ ; Барнаби, Н; Беррейдж, К; Хуан, З (2013). «Катастрофические последствия пинка хамелеона». Physical Review Letters . 110 (17): 171101. arXiv : 1304.0009 . Bibcode : 2013PhRvL.110b1101S. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.171101. PMID  23679701. S2CID  118730981.
10. Steffen, Jason H.; Gammev Collaboration (2008). «Ограничения на хамелеоны и аксионоподобные частицы из эксперимента GammeV». Труды Identification of dark matter 2008 — PoS(idm2008) . Том 2008. стр. 064. arXiv : 0810.5070 . Bibcode :2008idm..confE..64S. doi : 10.22323/1.064.0064 . S2CID  16823913. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
11. Рыбка, Г.; Хотц, М.; Розенберг, Л.Дж.; Асталос, С.Дж.; Карози, Г.; Хагманн, К.; Кинион, Д.; Ван Биббер, К.; Хоскинс, Дж.; Мартин, К.; Сикиви, П.; Таннер, Д.Б.; Брэдли, Р.; Кларк, Дж. (2010). «Поиск скалярных полей хамелеона с помощью эксперимента с аксионной темной материей». Physical Review Letters . 105 (5): 051801. arXiv : 1004.5160 . Bibcode :2010PhRvL.105a1801B. doi :10.1103/PhysRevLett.105.051801. PMID  20867906. S2CID  55204188.
12. Эксперимент GammeV в Фермилабе
13. Chou, AS; Wester, W.; Baumbaugh, A.; Gustafson, HR; Irizarry-Valle, Y.; Mazur, PO; Steffen, JH; Tomlin, R.; Upadhye, A.; Weltman, A.; Yang, X.; Yoo, J. (22 января 2009 г.). "Поиск частиц-хамелеонов с использованием метода регенерации фотонов". Physical Review Letters . 102 (3): 030402. arXiv : 0806.2438 . Bibcode :2009PhRvL.102c0402C. doi :10.1103/PhysRevLett.102.030402. PMID  19257328. S2CID  12327360.
14. Steffen, Jason H. (2011). "Лаборатория CHASE ищет темную энергию-хамелеон". Труды 35-й Международной конференции по физике высоких энергий — PoS (ICHEP 2010) . Том 2010. стр. 446. arXiv : 1011.3802 . Bibcode :2010iche.confE.446S. doi : 10.22323/1.120.0446 . {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
15. Jenke, T.; Cronenberg, G.; Burgdörfer, J.; Chizhova, LA; Geltenbort, P.; Ivanov, AN; Lauer, T.; Lins, T.; Rotter, S.; Saul, H.; Schmidt, U.; Abele, H. (16 апреля 2014 г.). "Спектроскопия гравитационного резонанса ограничивает сценарии темной энергии и темной материи". Physical Review Letters . 112 (15): 151105. arXiv : 1404.4099 . Bibcode :2014PhRvL.112o1105J. doi :10.1103/PhysRevLett.112.151105. PMID  24785025. S2CID  38389662.
16. V. Anastassopoulos; M. Arik; S. Aune; K. Barth; A. Belov; H. Bräuninger; . . . K. Zioutas (16 марта 2015 г.). «Поиск хамелеонов с помощью CAST». Physics Letters B . 749 : 172–180. arXiv : 1503.04561 . Bibcode :2015PhLB..749..172A. doi :10.1016/j.physletb.2015.07.049. S2CID  59375694.

Журнальные статьи

• Brax, P.; van de Bruck, C.; Davis, A.-C. ; Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Обнаружение темной энергии на орбите: космологический хамелеон". Physical Review D . 70 (12): 123518. arXiv : astro-ph/0408415 . Bibcode :2004PhRvD..70l3518B. doi :10.1103/PhysRevD.70.123518. S2CID  119100816.
• Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Поля-хамелеоны: ожидание сюрпризов для испытаний гравитации в космосе". Physical Review Letters . 93 (17): 171104. arXiv : astro-ph/0309300 . Bibcode :2004PhRvL..93q1104K. doi :10.1103/PhysRevLett.93.171104. PMID  15525066. S2CID  17570608.
• Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Космология хамелеона". Physical Review D. 69 ( 4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Bibcode : 2004PhRvD..69d4026K. doi : 10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID  119478819.