[論文レビュー] Evading Equivalence Principle Violations, Astrophysical and Cosmological Constraints in Scalar Field Theories with a Strong Coupling to Matter

David F. Mota, Douglas J. Shaw|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 22

ひとこと要約

本稿では、等価原理の破れを伴うが、非線形自己相互作用のおかげで地上・恒星・宇宙論的制約と整合的である強いつながりを持つスカラー場が、宇宙の初期および後期の加速を駆動しうることを提案する。これらの軽量で強く結合したスカラー場は、将来の実験で検出可能である可能性がある。

ABSTRACT

We show that, as a result of non-linear self-interactions, it is feasible, at least in light of the bounds coming from terrestrial tests of gravity and those constraints imposed by the physics of compact objects, big-bang nucleosynthesis and measurements of the cosmic microwave background, for there to exist, in our Universe, one or more scalar fields that couple to matter much more strongly than gravity does. Not only are these scalar fields very strongly coupled to matter, but they are also light over cosmological scales and could be responsible for the late and early time acceleration of the universe. These fields could also be detected by a number of future experiments provided they are properly designed to do so. These results open up an altogether new window, which might lead to a completely different view of the role played by light scalar fields in particle physics and cosmology.

研究の動機と目的

• 物質への強い結合を持つスカラー場が、現在の実験的および宇宙論的制約と整合的であるかどうかを調査すること。
• このようなスカラー場が初期および後期の宇宙加速を説明可能であるかどうかを検討すること。
• これらの場が将来の実験によって検出可能かどうかを評価すること。
• 非線形自己相互作用が理論が観測的制約からどのように遮断されるかを検討すること。
• 軽量で物質への強い結合を持つスカラー場の宇宙論的および素粒子物理学的意義を再評価すること。

提案手法

• 一般相対性理論からの観測可能なずれを抑制する非線形自己相互作用を有するスカラー場理論を分析すること。
• 地上重力実験、ビッグバン核合成、宇宙マイクロ波背景放射の測定から得られる制約を適用すること。
• コンパクトな物体環境におけるスカラー場の振る舞いを評価し、等価原理の破れを検討すること。
• 宇宙論的モデルを用いて、これらの場が初期および後期の加速をどのように駆動するかを評価すること。
• 強いスカラー結合に感応する将来の実験設計を用いて、検出可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物質への強い結合を持つスカラー場は、地上重力実験からの制約を回避できるか？
• RQ2 非線形自己相互作用は、等価原理の観測可能な破れをどのように防ぐか？
• RQ3 このような強いつながりのスカラー場は、初期および後期の加速においてどのような宇宙論的役割を果たすか？
• RQ4 核合成およびCMB観測を満たすパラメータ領域は存在するか？
• RQ5 将来の検出が可能となる実験設計はどのようなものか？

主な発見

• 非線形自己相互作用のおかげで、物質への強い結合を持つスカラー場は地上重力実験と整合的であることが可能である。
• これらのスカラー場は宇宙スケールで軽量であり得るため、宇宙の加速に寄与しうる。
• これらの場は初期および後期の宇宙加速を駆動することができ、統一的なメカニズムを提供する。
• ビッグバン核合成および宇宙マイクロ波背景からの制約は、このようなスカラー場を排除しない。
• 適切に設計された将来的な実験によって、これらのスカラー場を検出可能である。
• 本結果は、素粒子物理学および宇宙論における軽量スカラー場の役割を理解する新たな道筋を開く。