Скаларните полета са повсеместни в съвременната физика и играят важна роля във всички нейни клонове – гравитация, физика на елементарните частици, космология и астрофизика. На практика всички жизнеспособни модификации на общата теория на относителността включват едно или повече скаларни полета. В космологията скаларните полета също играят съществена роля – достатъчно е да споменем инфлацията. В астрофизиката скаларните полета са кандидати за мистериозната тъмна материя. Централна роля в стандартния модел на физиката на елементарните частици се играе също от скаларно поле, а именно полето на Хигс.

Скаларните полета по принцип могат да взаимодействат с кривината на самото пространство-време. В съгласие със съвременните наблюдения и експерименти, това взаимодействието не може да възбуди скаларните полета около и в астрофизични обекти при малка кривина на пространство-времето, т.е. при слаби гравитационни полета. При силни гравитационни полета обаче, като тези при черните дупки и неутронните звезди, взаимодействието на скаларните полета с кривината на пространство-времето може да доведе до коренно различна картина – скаларните полета могат да бъдат възбудени, което от своя страна води до интересни и важни астрофизични следствия. Спонтанното възбуждане на скаларните полета около и в астрофизични обекти се нарича спонтанна скаларизация. С други думи, спонтанната скаларизацията е механизъм, който придава на силно самогравитиращи тела, като неутронни звезди и черни дупки, конфигурация на скаларно поле (скаларна коса). Този механизъм наподобява фазов преход, тъй като скаларната конфигурация се появява, само когато определена характеристика на астрофизичния обект, например неговата компактност или ъглов момент, е отвъд определена критична стойност.

Наличието на спонтанна скаларизация оставя ясни следи в гравитационно-вълновия сигнал породен от изолирани компактни обекти или от сблъсъка на двойка такива. По този начин спонтанната скаларизация дава нова възможност за търсене на фундаментални скаларни полета в Природата.

Въпреки, че възможността за спонтанна скаларизация на неутронни звезди е открита през 1994 г., възможността за спонтанна скаларизация на астрофизични черни дупки е открита за първи път едва през 2018 г. в статията [1] на д-р Даниела Донева от Тюбингенския университет, Германия, и чл. кор. проф. дфзн Стойчо Язаджиев от катедра „Теоретична физика“ на Физическия факултет на Софийския университет. Статията поставя и началото на това ново направление във физиката на черните дупки. Само за няколко години направлението се развива бурно и тяхната статия е последвана от стотици други статии, посветени на тази тематика.

В скорошна статия [2], публикувана в изключително престижното списание Reviews of Modern Physics, д-р Донева, и проф. Язаджиев, заедно с чуждестранни колеги, предоставят критичен и изчерпателен преглед на скаларизацията, включително самия механизъм, теориите, които я показват, нейното проявление в неутронни звезди, черни дупки и двойни системи от такива, потенциално разширяване към други области и задълбочено обсъждане на бъдещи перспективи.

Справка:

1. Daniela D. Doneva, Stoytcho S. Yazadjiev, „New Gauss-Bonnet Black Holes with Curvature-Induced Scalarization in Extended Scalar-Tensor Theories“, Published in: Phys.Rev.Lett. 120 (2018) 13, 131103

2. Daniela D. Doneva, Fethi M. Ramazanolu, Hector O. Silva, Thomas P. Sotiriou, Stoytcho S. Yazadjiev, „Spontaneous scalarization“ Published in: Rev. Mod. Phys. 96 (2024) 1, 015004

Източник: Д-Р ДАНИЕЛА ДОНЕВА И ПРОФ. СТОЙЧО ЯЗАДЖИЕВ СА АВТОРИ НА НОВО ПРОУЧВАНЕ С ФУНДАМЕНТАЛЕН НАУЧЕН ПРИНОС, Физически факултет на СУ

Скаларни и векторни полета

Полето може да се определи от единична стойност като температурата, т.е скаларно поле или за определянето му да са необходими и други стойности, определящи направлението във всяка точка – векторно поле.

Скаларно поле	Векторно поле
В квантовата теория на полето, въздействието на полето може да бъде представено от виртуална частица. Броят на компонентите на полето определя броя на различните ориентации на частицата, което от своя страна зависи от спиновия ъглов момент.
Скаларното поле се определя във всяка точка само от една стойност. На схемата стойността на полето е пропорционална на площта на кръгчетата.	Векторното поле се характеризира и с величина, и с направление. На схемата е нзобразено със стрелки.
Ако имаме някаква течност, със скалярно поле бихме могли да опишем температурата й, …	а с векторно поле – скоростта на тази течност.
В квантово-полевите теории, въздействието на полето може да бъде представено от виртуална частица. Броят на компонентите на полето се определя от броя на различните ориентации на частицата, което от своя страна зависи от ъгловия момент на спина.
Скаларното поле има точно един компонент, т.е определя се от едно число и се представя от частица с нулев спин с едно спиново състояние или ориентация.	Векторното поле в тримерното пространство има три компонента (големината и два ъгъла, указващи направлението) и му съответства на частица със спин 1, имаща три спинови състояния.

Още по темата

20/11/2023

Физика

NANOGrav може да е уловил сигнал от инфлацията на ранната Вселена

02/02/2022

Космос

Инструмент за гравитационните вълни ще се използват за търсене на тъмната материя

21/03/2016

Физика

Проф. Язаджиев: Гравитационните вълни носят информация от ранните моменти на Вселената

10/03/2015

Физика

Тахионите – акушерите на Вселената