論文の概要: Gravitational Decoherence of Dark Matter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2005.12287v2
• Date: Tue, 30 Jun 2020 22:16:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-18 12:10:18.652678
• Title: Gravitational Decoherence of Dark Matter
• Title（参考訳）: ダークマターの重力デコヒーレンス
• Authors: Itamar Allali, Mark P. Hertzberg
• Abstract要約: 我々は、局所密度がその質量、大きさ、位置を持つ銀河における光DMのデコヒーレンス率を計算する。 その結果,ハロの脱コヒーレンス速度は, DM質量のハッブル速度の5倍の10-7$eVであり, 地上実験では, 古典場コヒーレンスレートの10-6$eVよりも高いことがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Decoherence describes the tendency of quantum sub-systems to dynamically lose their quantum character. This happens when the quantum sub-system of interest interacts and becomes entangled with an environment that is traced out. For ordinary macroscopic systems, electromagnetic and other interactions cause rapid decoherence. However, dark matter (DM) may have the unique possibility of exhibiting naturally prolonged macroscopic quantum properties due to its weak coupling to its environment, particularly if it only interacts gravitationally. In this work, we compute the rate of decoherence for light DM in the galaxy, where a local density has its mass, size, and location in a quantum superposition. The decoherence is via the gravitational interaction of the DM overdensity with its environment, provided by ordinary matter. We focus on relatively robust configurations: DM perturbations that involve an overdensity followed by an underdensity, with no monopole, such that it is only observable at relatively close distances. We use non-relativistic scattering theory with a Newtonian potential generated by the overdensity to determine how a probe particle scatters off of it and thereby becomes entangled. As an application, we consider light scalar DM, including axions. In the galactic halo, we use diffuse hydrogen as the environment, while near the earth, we use air as the environment. For an overdensity whose size is the typical DM de Broglie wavelength, we find that the decoherence rate in the halo is higher than the present Hubble rate for DM masses $m_a \lesssim 5 \times 10^{-7}$eV and in earth based experiments it is higher than the classical field coherence rate for $m_a \lesssim 10^{-6}$eV. When spreading of the states occurs, the rates can become much faster, as we quantify. Also, we establish that DM BECs decohere very rapidly and so are very well described by classical field theory.
• Abstract（参考訳）: デコヒーレンス(Decoherence)は、量子サブシステムが量子特性を動的に失う傾向を示す。 これは、関心の量子サブシステムが相互作用し、追跡された環境と絡み合うときに起こる。 通常のマクロシステムでは、電磁と他の相互作用は急速にデコヒーレンスを引き起こす。 しかし、ダークマター(DM)は、特に重力的にしか相互作用しない場合、その環境との結合が弱いため、自然に長大な量子特性を示す可能性がある。 本研究では、局所密度が量子重ね合わせにおける質量、大きさ、位置を持つ銀河における光DMのデコヒーレンス率を計算する。 デコヒーレンス(decoherence)とは、通常の物質によって提供されるDM過密度と環境との重力相互作用である。 我々は比較的頑健な構成に焦点をあてる: DM摂動は、過密度とそれに続く低密度を伴い、モノポールを持たないため、比較的近い距離でしか観測できない。 オーバーデンシティによって生じるニュートンポテンシャルを持つ非相対論的散乱理論を用いて、プローブ粒子がどのように散乱して絡み合うかを決定する。 アプリケーションとしては、axionを含むlight scalar dmについて検討する。 銀河ハロでは、拡散水素を環境として使用し、地球の近くでは空気を環境として使用します。 典型的な DM de Broglie 波長である超高密度では、ハローのデコヒーレンス速度が現在の DM 質量のハッブル速度より高いのが$m_a \lesssim 5 \times 10^{-7}$eV であり、地球に基づく実験では$m_a \lesssim 10^{-6}$eV の古典場コヒーレンス速度よりも高いことが分かる。 状態の拡散が起こると、その速度は定量化されるにつれてずっと速くなります。 また、DM BEC が非常に高速に分解できることが証明され、古典的場の理論によって非常によく説明される。

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