カメレオン粒子

カメレオンは、重力よりも弱く物質に結合する仮説上のスカラー粒子であり、 ^[1]ダークエネルギーの候補として仮定されている。^[2]非線形自己相互作用のため、周囲のエネルギー密度の増加関数である可変有効質量を持ち、その結果、粒子によって媒介される力の範囲は高密度領域（たとえば地球では1 mm未満）では非常に小さいが、低密度の銀河間領域でははるかに大きくなると予測される。宇宙のカメレオンモデルでは、最大数千パーセクの範囲が許容される。この可変質量の結果、カメレオンによって媒介される仮説上の第5の力は、重力と同等かそれ以上の強さで物質と結合した場合でも、地上の実験から導かれた等価原理違反に関する現在の制約を回避することができる。この特性により、カメレオンは現在観測されている宇宙の膨張の加速を引き起こすことができるが、実験的にテストすることは非常に困難である。

2021年、物理学者は、暗黒物質検出実験XENON1Tで報告された超過分は暗黒物質候補ではなく、暗黒エネルギー候補である可能性があると示唆した。特にカメレオン粒子^{[3] [4] [5]}だが、2022年7月にXENONnTによる新たな分析で超過分は否定された。^{[6] [7] [8]}

カメレオン粒子は、2003 年に Khoury と Weltman によって提案されました。

ほとんどの理論では、カメレオンの質量は局所エネルギー密度のべき乗に比例するとされている。ここで${\displaystyle m_{\text{eff}}\sim \rho ^{\alpha }}$${\displaystyle \alpha \simeq 1.}$

カメレオンは光子とも結合し、外部磁場の存在下で光子とカメレオンが互いに振動することを可能にする。^[9]

カメレオンは容器の壁を突き抜けると質量が急激に増加し、反射を起こすため、中空の容器に閉じ込められる。実験的にカメレオンを探す戦略の1つは、光子を空洞に導き、発生したカメレオンを閉じ込め、光源をオフにすることである。カメレオンは光子に戻るときに残光が現れることで確認できる。^[10]

多くの実験では、アクシオンとともにカメレオンを検出しようと試みられてきた。^[11]

GammeV実験^[12]はアクシオンの探索ですが、カメレオンの探索にも使用されています。この実験は、5Tの磁場に挿入された円筒形のチャンバーで構成されています。チャンバーの端はガラス窓になっており、レーザーからの光が入り、残光が出ます。GammeVは2009年に光子への限定結合を設定しました。^[13]

2010年11月に発表されたCHASE（CHameleon Afterglow SEarch）の結果^[14]では、質量の限界が2桁、光子結合の限界が5桁改善されました。

2014年の中性子ミラー測定では、結合定数の値に対してカメレオン場が除外されました。^[15]ここで、カメレオン量子の有効ポテンシャルは と書かれ、は環境の質量密度、カメレオンポテンシャル、および換算プランク質量です。 ${\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}}}$

CERNアクシオン太陽望遠鏡はカメレオンを検出するためのツールとして提案されている。^[16]

• Brax, P.; van de Bruck, C.; Davis, A.-C .; Khoury, J.; Weltman, A. (2004). 「軌道上のダークエネルギーの検出: 宇宙のカメレオン」. 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). 「カメレオンフィールド: 宇宙での重力テストに期待されるサプライズ」. 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). 「カメレオン宇宙論」. Physical Review D . 69 (4): 044026. arXiv : astro-ph/0309411 . Bibcode :2004PhRvD..69d4026K. doi :10.1103/PhysRevD.69.044026. S2CID  119478819.