プレッシャロン

プレッシャロンは、 2013年に理論化された、重力と物質の両方に結合する仮説上のスカラー粒子です。 ^[1]もともとプレッシャロンは自己相互作用の可能性がないと仮定されていましたが、そのような可能性がある場合、プレッシャロンはダークエネルギーの候補でもあります。 [ ^2]プレッシャロンは、圧力のない状態で物質から分離するという事実からその名前が付けられており、^[2]基本的に物質と結合しているにもかかわらず、それを含む重力のスカラー-テンソル理論が太陽系のテストや等価原理のテストに合格することを可能にしました。 このような分離メカニズムは、重力が実際にはそれよりも複雑である可能性があるにもかかわらず、現時点では一般相対性理論によってうまく説明されているように見える理由を説明できます。物質に結合する方法のため、プレッシャロンは仮説上の弦のディラトンの特殊なケースです。^[3]したがって、これは弦理論で一般的に予測されている質量のないまたは軽いスカラー場から来るさまざまな信号が現在観測されていないことに対する可能な解決策の1つです。

プレッシャロンを含むスカラーテンソル理論の作用は次のように記述できる。 ${\displaystyle \Phi}$

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

ここで、は計量から構成されるリッチスカラー、は計量行列式、 は重力定数^[4]と真空中の光速度、は圧力ポテンシャル、 は物質ラグランジアン^[5]であり、非重力場を表す。したがって、重力場方程式は^{[2]と書くことができる。}${\displaystyle R}$ ${\displaystyle g_{\mu \nu}}$${\displaystyle g}$${\displaystyle \kappa ={\frac {8\pi G}{c^{4}}}}$${\displaystyle G}$${\displaystyle c}$${\displaystyle V(\Phi )}$${\displaystyle {\mathcal {L}}_{m}}$${\displaystyle \Psi}$

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

そして

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

ここで は物質場の応力エネルギーテンソルであり、 はそのトレースです。 ${\displaystyle T_{\mu \nu}}$${\displaystyle T=g^{\mu \nu }T_{\mu \nu }}$

圧力のない完全流体（ダスト溶液とも呼ばれる）を考えると、有効物質ラグランジアンは になります^[6]。ここで はi番目の粒子の質量、その位置、およびディラックのデルタ関数であり、同時に応力エネルギーテンソルのトレースは に減少します。したがって、プレッシャロンの物質源項 は正確にキャンセルされ、プレッシャロンは圧力のない物質場から効果的に分離されます。 ${\displaystyle {\mathcal {L}}_{m}=-c^{2}\sum _{i}\mu _{i}\delta (x_{i}^{\alpha })}$${\displaystyle \mu_{i}}$${\displaystyle x_{i}^{\alpha}}$${\displaystyle \delta (x_{i}^{\alpha })}$${\displaystyle T=-c^{2}\sum _{i}\mu _{i}\delta (x_{i}^{\alpha })}$${\displaystyle \left(T-{\mathcal {L}}_{m}\right)}$

言い換えれば、ラグランジアンにおけるスカラー場と物質場の間の特定の結合は、物質場がゼロの圧力を及ぼす限界において、スカラー場と物質場の間の分離につながります。

プレッシャロンは、仮想的な弦のディラトン^{[3] [7]}といくつかの特徴を共有しており、実際にはより広い範囲のディラトンの特別なケースとして見ることができます。^[8]摂動弦理論は現在、有効4次元作用における弦のディラトンと物質場の予想される結合を与えることができないため、プレッシャロンが4次元有効作用における弦のディラトンである可能性があると考えられます。

Minazzoli と Hees によると、^[1] 太陽系におけるポストニュートン力学による重力のテストは、一般相対性理論から予想されるものと同じ結果につながるはずです。ただし、重力赤方偏移の実験は例外で、一般相対性理論から のオーダーの相対的大きさで外れるはずです。ここで、はスカラー場関数 の現在の宇宙論的値、 とはそれぞれ地球の平均圧力と密度です (たとえば)。重力赤方偏移に対する現在の最良の制約は、重力プローブ Aから得られ、 レベルのみです。したがって、プレッシャロンを含むスカラー-テンソル理論は、太陽系の実験によって弱く制約されています。 ${\displaystyle {\frac {1}{\omega _{0}}}{\frac {P}{c^{2}\rho }}\sim {\frac {10^{-6}}{\omega _{0}}}}$${\displaystyle \omega _{0}}$${\displaystyle \omega (\ファイ)}$${\displaystyle P}$${\displaystyle \rho}$${\displaystyle 10^{-4}}$

プレッシャロンは非最小結合のため、物質と効果的に結合している領域では、基本的な結合定数^{[9]の変動をもたらします[2]} 。しかし、プレッシャロンは物質優勢時代（本質的に圧力のない物質場によって駆動される）と暗黒エネルギー優勢時代（本質的に暗黒エネルギーによって駆動される^[10]）の両方で分離するため、プレッシャロンは結合定数の変動に関する現在の宇宙論的テストによっても弱く制約されています。

この問題に関する計算は行われていないようだが、連星パルサーはそのようなシステムに含まれる物体の高圧のため、プレッシャロンの存在に大きな制約を与えるはずだと主張されてきた。^[1]