Partícula de camaleón

Partícula escalar hipotética que se acopla a la materia más débilmente que la gravedad

El camaleón es una partícula escalar hipotética que se acopla a la materia de forma más débil que la gravedad, ^[1] postulada como candidata a la energía oscura . ^[2] Debido a una autointeracción no lineal, tiene una masa efectiva variable que es una función creciente de la densidad de energía ambiental; como resultado, se predice que el rango de la fuerza mediada por la partícula será muy pequeño en regiones de alta densidad (por ejemplo, en la Tierra, donde es inferior a 1 mm), pero mucho mayor en regiones intergalácticas de baja densidad: en el cosmos, los modelos de camaleón permiten un rango de hasta varios miles de parsecs . Como resultado de esta masa variable, la quinta fuerza hipotética mediada por el camaleón puede evadir las restricciones actuales sobre la violación del principio de equivalencia derivadas de experimentos terrestres incluso si se acopla a la materia con una fuerza igual o mayor que la de la gravedad. Aunque esta propiedad permitiría al camaleón impulsar la aceleración actualmente observada de la expansión del universo , también hace que sea muy difícil probarla experimentalmente.

En 2021, los físicos sugirieron que un exceso reportado en el experimento del detector de materia oscura XENON1T, en lugar de ser un candidato a materia oscura, podría ser un candidato a energía oscura: en particular, partículas camaleónicas ^{[3] [4] [5],} pero en julio de 2022 un nuevo análisis de XENONnT descartó el exceso. ^{[6] [7] [8]}

Propiedades hipotéticas

Las partículas camaleónicas fueron propuestas en 2003 por Khoury y Weltman.

En la mayoría de las teorías, los camaleones tienen una masa que escala como una potencia de la densidad de energía local: , donde ${\displaystyle m_{\text{eff}}\sim \rho ^{\alpha }}$ ${\displaystyle \alpha \simeq 1.}$

Los camaleones también se acoplan a los fotones, lo que permite que los fotones y los camaleones oscilen entre sí en presencia de un campo magnético externo . ^[9]

Los camaleones pueden estar confinados en recipientes huecos porque su masa aumenta rápidamente a medida que penetran la pared del recipiente, lo que hace que reflejen su luz. Una estrategia para buscar camaleones experimentalmente es dirigir fotones a una cavidad, confinando a los camaleones producidos y luego apagando la fuente de luz. La presencia de camaleones se indicaría por la presencia de un resplandor a medida que se desintegran nuevamente en fotones. ^[10]

Búsquedas experimentales

Se han realizado varios experimentos para intentar detectar camaleones junto con axiones . ^[11]

El experimento GammeV ^[12] es una búsqueda de axiones, pero también se ha utilizado para buscar camaleones. Consiste en una cámara cilíndrica insertada en un campo magnético de 5 T. Los extremos de la cámara son ventanas de vidrio, que permiten la entrada de la luz de un láser y la salida del resplandor. GammeV estableció el acoplamiento limitado a los fotones en 2009. ^[13]

Los resultados de CHASE (CHameleon Afterglow SEarch), publicados en noviembre de 2010, ^[14] mejoran los límites de masa en 2 órdenes de magnitud y 5 órdenes de acoplamiento de fotones.

Una medición de espejo de neutrones de 2014 excluyó el campo camaleón para los valores de la constante de acoplamiento , ^[15] donde el potencial efectivo de los cuantos del camaleón se escribe como , siendo la densidad de masa del entorno, el potencial camaleón y la masa de Planck reducida. ${\displaystyle \beta >5.8\times 10^{8}}$ ${\displaystyle V_{\text{eff}}=V(\Phi )+e^{\beta \Phi /M'_{\text{P}}}\rho }$ ${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle V(\Phi )}$ ${\displaystyle M'_{\text{P}}}$

Se ha sugerido el telescopio solar Axion del CERN como herramienta para detectar camaleones. ^[16]

Referencias

Notas

1. Cho, Adrian (2015). "Una pequeña fuente de átomos genera grandes descubrimientos sobre la energía oscura". Science . doi :10.1126/science.aad1653.
2. Khoury, Justin; Weltman, Amanda (2004). "Cosmología del camaleón". Physical Review D . 69 (4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Código Bibliográfico :2004PhRvD..69d4026K. doi :10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID  119478819.
3. "¿Hemos detectado energía oscura? Los científicos dicen que es una posibilidad". Universidad de Cambridge . Consultado el 18 de octubre de 2021 .
4. Fernandez, Elizabeth. "La señal del experimento XENON1T puede ser un sello distintivo de la energía oscura". Forbes . Consultado el 18 de octubre de 2021 .
5. Vagnozzi, Sunny; Visinelli, Luca; Brax, Philippe; Davis, Anne-Christine; Sakstein, Jeremy (15 de septiembre de 2021). "Detección directa de energía oscura: el exceso de XENON1T y perspectivas futuras". Physical Review D . 104 (6): 063023. arXiv : 2103.15834 . Código Bibliográfico :2021PhRvD.104f3023V. doi :10.1103/PhysRevD.104.063023. S2CID  232417159.
6. "Un nuevo experimento sobre materia oscura desmintió los indicios previos de la existencia de nuevas partículas". Noticias de ciencia . 2022-07-22 . Consultado el 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). "Búsqueda de nueva física en datos de retroceso electrónico de XENONnT". Physical Review Letters . 129 (16): 161805. arXiv : 2207.11330 . Código Bibliográfico :2022PhRvL.129p1805A. doi :10.1103/PhysRevLett.129.161805. PMID  36306777. S2CID  251040527.
8. Lin, Tongyan (12 de octubre de 2020). "Detector de materia oscura proporciona una señal enigmática". Física . 13 : 135. Código Bibliográfico :2020PhyOJ..13..135L. doi : 10.1103/Physics.13.135 . S2CID  226325594.
9. Erickcek, AL ; Barnaby, N; Burrage, C; Huang, Z (2013). "Consecuencias catastróficas de patear al camaleón". 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). "Restricciones en camaleones y partículas similares a axiones del experimento GammeV". Actas de Identification of dark matter 2008 — PoS(idm2008) . Vol. 2008. p. 064. arXiv : 0810.5070 . Bibcode :2008idm..confE..64S. doi : 10.22323/1.064.0064 . S2CID  16823913. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
11. Rybka, G; Hotz, M; Rosenberg, LJ; Asztalos, SJ; Carosi, G; Hagmann, C; Kinion, D; Van Bibber, K; Hoskins, J; Martin, C; Sikivie, P; Tanner, DB; Bradley, R; Clarke, J (2010). "Búsqueda de campos escalares camaleónicos con el experimento de materia oscura axión". Physical Review Letters . 105 (5): 051801. arXiv : 1004.5160 . Código Bibliográfico :2010PhRvL.105a1801B. doi :10.1103/PhysRevLett.105.051801. PMID  20867906. S2CID  55204188.
12. Experimento GammeV en Fermilab
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 de enero de 2009). "Búsqueda de partículas camaleónicas utilizando una técnica de regeneración de fotones". Physical Review Letters . 102 (3): 030402. arXiv : 0806.2438 . Código Bibliográfico :2009PhRvL.102c0402C. doi :10.1103/PhysRevLett.102.030402. PMID  19257328. S2CID  12327360.
14. Steffen, Jason H. (2011). "La búsqueda de energía oscura del camaleón en el laboratorio CHASE". Actas de la 35.ª Conferencia Internacional de Física de Altas Energías — PoS(ICHEP 2010) . Vol. 2010. pág. 446. arXiv : 1011.3802 . Código Bibliográfico :2010iche.confE.446S. doi : 10.22323/1.120.0446 . {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
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 de abril de 2014). "La espectroscopia de resonancia de gravedad restringe los escenarios de energía oscura y materia oscura". Physical Review Letters . 112 (15): 151105. arXiv : 1404.4099 . Código Bibliográfico :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 de marzo de 2015). "Búsqueda de camaleones con CAST". Physics Letters B . 749 : 172–180. arXiv : 1503.04561 . Código Bibliográfico :2015PhLB..749..172A. doi :10.1016/j.physletb.2015.07.049. S2CID  59375694.

Entradas de diario

• Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Campos camaleónicos: esperando sorpresas para las pruebas de gravedad en el espacio". Physical Review Letters . 93 (17): 171104. arXiv : astro-ph/0309300 . Código Bibliográfico :2004PhRvL..93q1104K. doi :10.1103/PhysRevLett.93.171104. PMID  15525066. S2CID  17570608.
• Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Cosmología del camaleón". Physical Review D . 69 (4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Código Bibliográfico :2004PhRvD..69d4026K. doi :10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID  119478819.
• Brax, P.; van de Bruck, C.; Davis, A.-C. ; Khoury, J.; Weltman, A. (2004). "Detección de energía oscura en órbita: el camaleón cosmológico". Physical Review D . 70 (12): 123518. arXiv : astro-ph/0408415 . Código Bibliográfico :2004PhRvD..70l3518B. doi :10.1103/PhysRevD.70.123518. S2CID  119100816.

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