Прессурон

Прессурон

Состав	Элементарная частица
Взаимодействия	Гравитация Электрослабый Сильный
Статус	Гипотетический
Теоретический	О. Минаццоли А. Хис
Масса	?
Электрический заряд	0
Вращаться	0

Прессурон — это гипотетическая скалярная частица , которая взаимодействует как с гравитацией, так и с материей, что было теоретически обосновано в 2013 году. Хотя изначально прессурон постулировал отсутствие потенциала самодействия, он также является кандидатом на темную энергию, когда у него есть такой потенциал. Прессурон получил свое название от того факта, что он отделяется от материи в режимах без давления. позволяя связанной с ним скалярно-тензорной теории гравитации пройти испытания Солнечной системы , а также испытания принципа эквивалентности , даже несмотря на то, что она фундаментально связана с материей. Такой механизм разделения мог бы объяснить, почему гравитация, по-видимому, хорошо описывается общей теорией относительности в современную эпоху, хотя на самом деле она может быть более сложной. Из-за того, как он взаимодействует с материей, прессурон является частным случаем гипотетического дилатона струны . Следовательно, это одно из возможных решений нынешней ненаблюдения различных сигналов, исходящих от безмассовых или легких скалярных полей, которые в общих чертах предсказываются в теории струн.

Математическая формулировка

Действие скалярно-тензорной теории с участием прессурона $\Phi$ можно записать как

$S={\frac {1}{c}}\int d^{4}x{\sqrt {-g}}\left[{\sqrt {\Phi }}{\mathcal {L}}_{m}(g_{\mu \nu },\Psi )+{\frac {1}{2\kappa }}\left(\Phi R-{\frac {\omega (\Phi )}{\Phi }}(\partial _{\sigma }\Phi )^{2}-V(\Phi )\right)\right],$

где $R$ – скаляр Риччи, построенный по метрике $g_{\mu \nu }$, $g$ – определитель метрики, $\kappa ={\frac {8\pi G}{c^{4}}}$, с $G$ гравитационная постоянная и $c$ скорость света в вакууме, $V(\Phi )$ потенциал давления и ${\mathcal {L}}_{m}$ дело в лагранжиане и $\Psi$ представляет собой негравитационные поля. Поэтому уравнения гравитационного поля запишут

$R_{\mu \nu }-{\frac {1}{2}}g_{\mu \nu }R=\kappa ~{\frac {1}{\sqrt {\Phi }}}T_{\mu \nu }+{\frac {1}{\Phi }}[\nabla _{\mu }\nabla _{\nu }-g_{\mu \nu }\Box ]\Phi +{\frac {\omega (\Phi )}{\Phi ^{2}}}\left[\partial _{\mu }\Phi \partial _{\nu }\Phi -{\frac {1}{2}}g_{\mu \nu }(\partial _{\alpha }\Phi )^{2}\right]-g_{\mu \nu }{\frac {V(\Phi )}{2\Phi }},$

и

${\frac {2\omega (\Phi )+3}{\Phi }}\Box \Phi =\kappa {\frac {1}{\sqrt {\Phi }}}\left(T-{\mathcal {L}}_{m}\right)-{\frac {\omega '(\Phi )}{\Phi }}(\partial _{\sigma }\Phi )^{2}+V'(\Phi )-2{\frac {V(\Phi )}{\Phi }}$.

где $T_{\mu \nu }$ – тензор энергии-импульса поля материи,и $T=g^{\mu \nu }T_{\mu \nu }$ это его след .

Механизм развязки

Если рассматривать идеальную жидкость без давления (также известную как раствор пыли ), эффективный лагранжиан материала становится ${\mathcal {L}}_{m}=-c^{2}\sum _{i}\mu _{i}\delta (x_{i}^{\alpha })$, где $\mu _{i}$ - масса i- й частицы, $x_{i}^{\alpha }$ свою позицию и $\delta (x_{i}^{\alpha })$ дельта -функции Дирака , при этом след тензора энергии-импульса сводится к $T=-c^{2}\sum _{i}\mu _{i}\delta (x_{i}^{\alpha })$. Таким образом, происходит точное сокращение исходного члена материала давления $\left(T-{\mathcal {L}}_{m}\right)$, и, следовательно, прессурон эффективно отделяется от полей материи без давления.

Другими словами, специфическая связь между скалярным полем и материальными полями в лагранжиане приводит к развязке между скалярным полем и полями материи в пределе, когда поле материи оказывает нулевое давление.

Ссылка на теорию струн

Прессурон имеет некоторые общие характеристики с гипотетическим дилатоном струны : и на самом деле его можно рассматривать как частный случай более широкого семейства возможных дилатонов. Поскольку пертурбативная теория струн в настоящее время не может дать ожидаемую связь дилатона струны с материальными полями в эффективном четырехмерном действии, кажется возможным, что прессурон может быть дилатоном струны в четырехмерном эффективном действии.

Экспериментальный поиск

Солнечная система

По мнению Минаццоли и Хиса, Постньютоновские испытания гравитации в Солнечной системе должны привести к тем же результатам, что и ожидается от общей теории относительности , за исключением экспериментов по гравитационному красному смещению, которые должны отклоняться от общей теории относительности на относительную величину порядка ${\frac {1}{\omega _{0}}}{\frac {P}{c^{2}\rho }}\sim {\frac {10^{-6}}{\omega _{0}}}$, где $\omega _{0}$ - текущее космологическое значение функции скалярного поля $\omega (\Phi )$, и $P$ и $\rho$ являются соответственно средним давлением и плотностью Земли (например). На данный момент лучшие ограничения на гравитационное красное смещение получены с помощью гравитационного зонда А и находятся на уровне $10^{-4}$ только уровень. Следовательно, скалярно-тензорная теория , включающая прессурон, слабо ограничена экспериментами Солнечной системы.

Космологическая вариация фундаментальных констант связи

Из-за своих неминимальных связей прессурон приводит к изменению фундаментальных констант связи. в режимах, где это эффективно сочетается, чтобы иметь значение. Однако, поскольку прессурон отделяется как в эпоху доминирования материи (которая, по существу, обусловлена ​​материальными полями без давления), так и в эпоху доминирования темной энергии (которая, по существу, обусловлена ​​темной энергией). ), прессурон также слабо ограничен текущими космологическими тестами изменения констант связи.

Тест с двойными пульсарами

Хотя никаких расчетов по этому вопросу, похоже, не проводилось, утверждалось, что двойные пульсары должны налагать большие ограничения на существование прессурона из-за высокого давления тел, участвующих в таких системах.