| Περίληψη: | Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την εισαγωγή ενός νέου πεδίου πεμπτουσίας, η ενέργεια του οποίου ταυτίζεται με το ενεργειακό απόθεμα της σκοτεινής ενέργειας του σύμπαντος. Η εισαγωγή ενός τέτοιου πεδίου αποτελεί εναλλακτική λύση στην προσπάθεια ερμηνείας της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος που συνδέεται συνήθως με την κοσμολογική σταθερά Λ, των πεδιακών εξισώσεων Άινσταϊν. Παρότι έχουν προταθεί και άλλα μοντέλα πεδίων πεμπτουσίας, το συγκεκριμένο χαρακτηρίζεται από μία ιδιότητα που δεν επιτρέπει την εκτεταμένη παραβίαση της Αρχής της Ισοδυναμίας, που αποτελεί θεμελιώδη παραδοχή στην οποία στηρίζεται η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Η μάζα των αντίστοιχων σωματιδίων εξαρτάται από την πυκνότητα ύλης σε κάθε περιοχή του σύμπαντος, εξ ου και το όνομα χαμαιλέοντες.
Αφορμή για την εισαγωγή ενός τέτοιου πεδίου είναι η επιβεβαίωση της Αρχής της Ισοδυναμίας μέχρι κάποιο συγκεκριμένο όριο, πέραν του οποίου επιτρέπεται η εισαγωγή νέων μοντέλων αλληλεπιδράσεων που δεν έγιναν ακόμα αντιληπτές σε πληθώρα πειραμάτων. Όλα τα προηγούμενα αναφέρονται εν συντομία στο εισαγωγικό πρώτο κεφάλαιο. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση της Αρχής της Ισοδυναμίας και του βαθμού παραβίασης της ο οποίος καθορίζει την ένταση της νέας θεμελιώδους δύναμης (fifth-force).
Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια ανασκόπηση του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου για το σύμπαν, που από παρατηρήσεις χαρακτηρίζεται από ομοιογένεια, ισοτροπία και σχεδόν επίπεδη γεωμετρία (WMAP-7). Με αυτά τα δεδομένα, καθώς και με τα πρόσφατα αποτελέσματα για ένα επιταχυνόμενα διαστελλόμενο σύμπαν προκύπτει η ανάγκη ύπαρξης ενός πεδίου με τα χαρακτηριστικά ενός σκοτεινού υγρού αρνητικής πίεσης και μάζας σε κοσμολογικές κλίμακες, της τάξης της σταθεράς Hubble στο παρόν (m_\phi\sim H_0\sim 10^{-33}eV).
Η ανάγκη ύπαρξης ενός τέτοιου πεδίου (πάντα ως εναλλακτική της κοσμολογικής σταθεράς) παντού στο σύμπαν σε συνδυασμό με την μη ανίχνευση του μέχρι στιγμής σε κανένα πείραμα ή παρατήρηση, συνυπάρχουν στο μοντέλο των Khoury-Weltman για τα σωματίδια χαμαιλέοντες που εξετάζεται στο κεφάλαιο τέσσερα. Επειδή η μάζα του πεδίου εξαρτάται από την τοπική πυκνότητα ύλης, στη Γη η χαμαιλεοντική αλληλεπίδραση έχει πολύ μικρή εμβέλεια σε αντίθεση με την εμβέλεια σε κοσμολογικές κλίμακες και δεν γίνεται αντιληπτή. Επιπλέον η συνεισφορά στην αλληλεπίδραση σε ένα σώμα εκτός Γης από όλο τον όγκο της Γης είναι ελάχιστη και περιλαμβάνει μόνο αυτήν που προκαλείται από ένα λεπτό φλοιό στην επιφάνεια, όπου η τοπική πυκνότητα ύλης ελαττώνεται (thin-shell effect). Η νέα δύναμη το δυναμικό της οποίας είναι της μορφής Yukawa, θα είναι ασθενέστερη τουλάχιστον κατά τρεις τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τη βαρύτητας πειράματα στη Γη.
Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση του CAST (Cern Solar Axion Telescope), στο οποίο θα μπορούσαν να ανιχνευτούν τα σωματίδια χαμαιλέοντες, λαμβάνοντας υπόψη την επέκταση του μοντέλου ώστε να περιλαμβάνει και ζεύξη με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο πέραν των πεδίων της ύλης. Οι χαμαιλέοντες που παράγονται από φωτόνια παρουσία ισχυρού μαγνητικού πεδίου στο θερμό πλάσμα του Ήλιου, φτάνουν στη Γη έχοντας ενέργεια της τάξης του 1keV και μπορούν να εισχωρήσουν στο εσωτερικό του μαγνήτη του CAST. Ο ισχυρός μαγνήτης του πειράματος που είναι ιδίου τύπου με αυτούς που απαρτίζουν τον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC), δημιουργεί μαγνητικό πεδίο της τάξης των 9Τ. Στο εσωτερικό του, οι χαμαιλέοντες θα μπορούσαν να επαναμετατραπούν σε φωτόνια και να ταυτοποιηθούν. Επιπλέον, ένα μικρό ποσοστό των χαμαιλεόντων που αφήνουν την επιφάνεια του Ήλιου μπορούν να μετατραπούν πίσω σε φωτόνια εξαιτίας των μαγνητικών πεδίων πάνω από τη φωτόσφαιρα. Αυτά τα φωτόνια θα έχουν φάσμα ενέργειας που κορυφώνεται στην περιοχή των μαλακών ακτίνων-Χ, οπότε θα δίνουν λύση στο πρόβλημα θέρμανσης του ηλιακού στέμματος (solar corona problem).
|
|---|
