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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35627
Tipo: | Tese |
Título: | Experimentos com nêutrons e gravidade modificada |
Autor(es): | Rocha, Jesriel Matias da |
Primeiro Orientador: | Dahia, Fábio Leal de Melo |
Resumo: | Nas últimas décadas temos visto o surgimento de várias propostas de modificação da teoria da gravitação. Nesse contexto, destacamos a teoria de dimensões extras de grande escala, que originariamente foi elaborada como uma tentativa de explicar a razão da gravidade ser muito mais fraca em comparação com as demais forças. Evidentemente, toda formulação teórica nova precisa passar pelo crivo experimental. Uma das consequências interessantes da teoria de dimensões extras de grande escala é a previsão de amplificação da força gravitacional em curtas distâncias. Neste trabalho damos destaque a alguns experimentos com nêutrons. Essa partícula, por ser eletricamente neutra, se mostra bastante útil na busca por interações gravitacionais anômalas em curtas distâncias. Iniciamos nossa discussão considerando o experimento de estados ligados do nêutron, no qual nêutrons lentos ficam verticalmente aprisionados entre um espelho perfeitamente reflexivo e o campo gravitacional terrestre. No cenário de dimensões extras, investigamos como a interação gravitacional entre o nêutron e o espelho poderia influenciar os estados ligados do nêutron. A partir dessa análise, conseguimos determinar novos vínculos para os parâmetros livres do modelo de dimensão extra. Nossos resultados foram baseados no modelo de branas com espessura. Dessa forma pudemos evitar problemas de divergências no cálculo do potencial gravitacional anômalo e estender resultados anteriores da literatura, cuja análise está restrita a codimensões menores do que cinco. Também consideramos experimentos de espalhamento do nêutron por núcleos pesados que visam à determinação da polarizabilidade do nêutron. Mostramos que experimentos desse tipo nos permitem estudar a interação gravitacional do nêutron com uma fonte não-bariônica, a saber, a energia do campo elétrico gerado pelo núcleo pesado. Como veremos, com esta análise podemos estabelecer novos vínculos experimentais sobre o comportamento de certos parâmetros pós-newtonianos associados à medida da capacidade da pressão e da energia interna de produzir gravitação. Esse método fornece um vínculo muito mais restritivo, no domínio abaixo da escala do picômetro, em comparação com limites prévios extraídos de outros experimentos. Por fim, analisamos experimentos de reflectometria comumente empregados na determinação do comprimento de espalhamento do nêutron. Estudando esse experimento no cenário de branas com espessura, determinamos novos vínculos para os parâmetros livres do modelo. Os vínculos obtidos são comparáveis em ordem de magnitude aos limites experimentais extraídos da espectroscopia de certos átomos exóticos obtidos recentemente. |
Abstract: | In recent decades, several proposals for modifying gravitational theory have emerged. In this context, we highlight the large extra dimensions theory, originally developed as an attempt to explain why gravity is significantly weaker compared to the other fundamental forces. Evidently, any new theoretical formulation must undergo experimental scrutiny. One of the interesting consequences of the large extra dimensions theory is the predicted enhancement of the gravitational force at short distances. In this work, we focus on some neutron-based experiments. Due to its electrically neutral nature, the neutron proves to be particularly useful in the search for anomalous gravitational interactions at short distances. We begin our discussion by considering the neutron boundstate experiment, in which slow neutrons are vertically confined between a perfectly reflective mirror and the Earth’s gravitational field. In the extradimensional scenario, we investigate how the gravitational interaction between the neutron and the mirror could influence the neutron’s bound states. Based on this analysis, we derive new constraints on the free parameters of the extradimensional model. Our results are based on the thick-brane model, which allows us to avoid divergence issues in the calculation of the anomalous gravitational potential and extend previous results in the literature, whose analysis is restricted to codimensions smaller than five. We also consider neutron scattering experiments involving heavy nuclei, which aim to determine the neutron’s polarizability. We show that such experiments enable the study of the gravitational interaction between the neutron and a non-baryonic source—namely, the energy of the electric field generated by the heavy nucleus. As we will see, this analysis allows us to establish new experimental constraints on the behavior of certain post-Newtonian parameters associated with the ability of pressure and internal energy to generate gravity. This method provides a significantly more stringent constraint, in the sub-picometer scale domain, compared to previous limits derived from other experiments. Finally, we analyze reflectometry experiments commonly used to determine the neutron scattering length. By studying this experiment within the thick-brane scenario, we derive new constraints on the free parameters of the model. The obtained constraints are comparable in order of magnitude to the experimental limits recently extracted from the spectroscopy of certain exotic atoms. |
Palavras-chave: | Gravidade - modificações Vínculos gravitacionais Teoria das dimensões extras Branas Extra dimensions Branes Modifications of gravity Gravitational bonds |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Física |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35627 |
Data do documento: | 27-Fev-2025 |
Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Física |
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