Papers
Topics
Authors
Recent
Detailed Answer
Quick Answer
Concise responses based on abstracts only
Detailed Answer
Well-researched responses based on abstracts and relevant paper content.
Custom Instructions Pro
Preferences or requirements that you'd like Emergent Mind to consider when generating responses
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 89 tok/s
Gemini 2.5 Pro 49 tok/s Pro
GPT-5 Medium 29 tok/s Pro
GPT-5 High 31 tok/s Pro
GPT-4o 98 tok/s Pro
GPT OSS 120B 424 tok/s Pro
Kimi K2 164 tok/s Pro
2000 character limit reached

Two-body problem in theories with kinetic screening (2305.07725v2)

Published 12 May 2023 in gr-qc, astro-ph.CO, and hep-ph

Abstract: New light scalar degrees of freedom may alleviate the dark matter and dark energy problems, but if coupled to matter, they generally mediate a fifth force. In order for this fifth force to be consistent with existing constraints, it must be suppressed close to matter sources, e.g. through a non-linear screening mechanism. In this work, we investigate the non-relativistic two-body problem in shift-symmetric scalar-tensor theories that exhibit kinetic screening ($k$-mouflage), both numerically and analytically. We develop an approximate scheme, based on a Hodge-Helmholtz decomposition of the Noether current associated to the shift symmetry, allowing for a qualitative insight into the dynamics and yielding results in good agreement with the numerical ones in most of the parameter space. We apply the formalism to polynomial $k$-essence and to Dirac-Born-Infeld (DBI) type theories, as well as to theories that develop ``anti-screening''. In the deep nonlinear regime, we find that the fifth force is screened slightly more efficiently in equal-mass systems than in extreme mass-ratio ones. However, we find that systems with comparable masses also exhibit regions where the screening is ineffective. These descreened spheroidal regions (bubbles) could in principle be probed in the solar system with sufficiently precise space accelerometers.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (72)
  1. C. M. Will, Living Rev. Rel. 17, 4 (2014), arXiv:1403.7377 [gr-qc] .
  2. P. A. R. Ade et al. (Planck), Astron. Astrophys. 594, A14 (2016), arXiv:1502.01590 [astro-ph.CO] .
  3. M. D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model (Cambridge University Press, 2014).
  4. S. Deser, Gen. Rel. Grav. 1, 9 (1970), arXiv:gr-qc/0411023 .
  5. S. Deser, Gen. Rel. Grav. 42, 641 (2010), arXiv:0910.2975 [gr-qc] .
  6. J. F. Donoghue,   (2022), arXiv:2211.09902 [hep-th] .
  7. A. G. Riess et al. (Supernova Search Team), Astron. J. 116, 1009 (1998), arXiv:astro-ph/9805201 .
  8. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  9. P. Brax, Rept. Prog. Phys. 81, 016902 (2018).
  10. P. J. E. Peebles, Astrophys. J. Lett. 263, L1 (1982).
  11. G. Bertone and D. Hooper, Rev. Mod. Phys. 90, 045002 (2018), arXiv:1605.04909 [astro-ph.CO] .
  12. G. Bertone and T. Tait, M. P., Nature 562, 51 (2018), arXiv:1810.01668 [astro-ph.CO] .
  13. J. Bekenstein and M. Milgrom, Astrophys. J. 286, 7 (1984).
  14. B. Famaey and S. McGaugh, Living Rev. Rel. 15, 10 (2012), arXiv:1112.3960 [astro-ph.CO] .
  15. J. D. Bekenstein, Phys. Rev. D 70, 083509 (2004), [Erratum: Phys.Rev.D 71, 069901 (2005)], arXiv:astro-ph/0403694 .
  16. L. Blanchet and S. Marsat, Phys. Rev. D 84, 044056 (2011), arXiv:1107.5264 [gr-qc] .
  17. M. Bonetti and E. Barausse, Phys. Rev. D 91, 084053 (2015), [Erratum: Phys.Rev.D 93, 029901 (2016)], arXiv:1502.05554 [gr-qc] .
  18. P. M. Chesler and A. Loeb, Phys. Rev. Lett. 119, 031102 (2017), arXiv:1704.05116 [astro-ph.HE] .
  19. J. M. Ezquiaga and M. Zumalacárregui, Phys. Rev. Lett. 119, 251304 (2017), arXiv:1710.05901 [astro-ph.CO] .
  20. S. Dodelson, Int. J. Mod. Phys. D 20, 2749 (2011), arXiv:1112.1320 [astro-ph.CO] .
  21. L. Berezhiani and J. Khoury, Phys. Rev. D 92, 103510 (2015), arXiv:1507.01019 [astro-ph.CO] .
  22. G. W. Horndeski, Int. J. Theor. Phys. 10, 363 (1974).
  23. P. Creminelli and F. Vernizzi, Phys. Rev. Lett. 119, 251302 (2017), arXiv:1710.05877 [astro-ph.CO] .
  24. M. Fierz, Helv. Phys. Acta 29, 128 (1956).
  25. P. Jordan, Z. Phys. 157, 112 (1959).
  26. C. Brans and R. H. Dicke, Phys. Rev. 124, 925 (1961).
  27. A. I. Vainshtein, Phys. Lett. B 39, 393 (1972).
  28. E. Babichev and C. Deffayet, Class. Quant. Grav. 30, 184001 (2013), arXiv:1304.7240 [gr-qc] .
  29. J. Khoury and A. Weltman, Phys. Rev. Lett. 93, 171104 (2004), arXiv:astro-ph/0309300 .
  30. K. Hinterbichler and J. Khoury, Phys. Rev. Lett. 104, 231301 (2010), arXiv:1001.4525 [hep-th] .
  31. A. Kuntz, Phys. Rev. D 100, 024024 (2019), arXiv:1905.07340 [gr-qc] .
  32. C. de Rham and R. H. Ribeiro, JCAP 11, 016 (2014), arXiv:1405.5213 [hep-th] .
  33. P. Brax and P. Valageas, Phys. Rev. D 94, 043529 (2016), arXiv:1607.01129 [astro-ph.CO] .
  34. L. Hui and A. Nicolis, Phys. Rev. Lett. 105, 231101 (2010), arXiv:1009.2520 [hep-th] .
  35. C. Armendariz-Picon and E. A. Lim, JCAP 08, 007 (2005), arXiv:astro-ph/0505207 .
  36. J.-P. Bruneton, Phys. Rev. D 75, 085013 (2007), arXiv:gr-qc/0607055 .
  37. P. Brax and P. Valageas, Phys. Rev. D 90, 123521 (2014), arXiv:1408.0969 [astro-ph.CO] .
  38. A. R. Solomon and M. Trodden, JCAP 02, 031 (2018), arXiv:1709.09695 [hep-th] .
  39. G. Allwright and L. Lehner, Class. Quant. Grav. 36, 084001 (2019), arXiv:1808.07897 [gr-qc] .
  40. A.-C. Davis and S. Melville, JCAP 11, 012 (2021), arXiv:2107.00010 [gr-qc] .
  41. R. J. Scherrer, Phys. Rev. Lett. 93, 011301 (2004), arXiv:astro-ph/0402316 .
  42. D. Giannakis and W. Hu, Phys. Rev. D 72, 063502 (2005), arXiv:astro-ph/0501423 .
  43. J. Khoury, Phys. Rev. D 91, 024022 (2015), arXiv:1409.0012 [hep-th] .
  44. E. Babichev, JHEP 04, 129 (2016), arXiv:1602.00735 [hep-th] .
  45. M. Shibata and D. Traykova, Phys. Rev. D 107, 044068 (2023), arXiv:2210.12139 [gr-qc] .
  46. A. D. Kovács and H. S. Reall, Phys. Rev. Lett. 124, 221101 (2020), arXiv:2003.04327 [gr-qc] .
  47. P. Figueras and T. França, Class. Quant. Grav. 37, 225009 (2020), arXiv:2006.09414 [gr-qc] .
  48. P. Figueras and T. França, Phys. Rev. D 105, 124004 (2022), arXiv:2112.15529 [gr-qc] .
  49. W. E. East and F. Pretorius, Phys. Rev. D 106, 104055 (2022), arXiv:2208.09488 [gr-qc] .
  50. J. L. Ripley, Int. J. Mod. Phys. D 31, 2230017 (2022), arXiv:2207.13074 [gr-qc] .
  51. C. Burrage and J. Khoury, Phys. Rev. D 90, 024001 (2014), arXiv:1403.6120 [hep-th] .
  52. J. H. Taylor and J. M. Weisberg, Astrophys. J. 253, 908 (1982).
  53. E. Berti et al., Class. Quant. Grav. 32, 243001 (2015), arXiv:1501.07274 [gr-qc] .
  54. M. Kramer et al., Phys. Rev. X 11, 041050 (2021), arXiv:2112.06795 [astro-ph.HE] .
  55. A. Fienga and O. Minazzoli,   (2023), arXiv:2303.01821 [gr-qc] .
  56. A. Padilla and P. M. Saffin, JHEP 07, 122 (2012), arXiv:1204.1352 [hep-th] .
  57. M. Nakahara, Geometry, topology and physics (2003).
  58. M. Milgrom, Astrophys. J. 302, 617 (1986).
  59. J. Bekenstein and J. Magueijo, Phys. Rev. D 73, 103513 (2006), arXiv:astro-ph/0602266 .
  60. D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (2017).
  61. S. Mazumder, Numerical Methods for Partial Differential Equations: Finite Difference and Finite Volume Methods (Academic Press, 2016).
  62. J. Magueijo and A. Mozaffari, Phys. Rev. D 85, 043527 (2012), arXiv:1107.1075 [astro-ph.CO] .
  63. P. Pucci and J. Serrin, The Maximum Principle, Vol. 73 (2007).
  64. M. Vallisneri et al. (NANOGrav),   (2020), 10.3847/1538-4357/ab7b67, arXiv:2001.00595 [astro-ph.HE] .
  65. L. Hui and A. Nicolis, Phys. Rev. Lett. 110, 241104 (2013), arXiv:1202.1296 [hep-th] .
  66. T. P. Sotiriou and S.-Y. Zhou, Phys. Rev. Lett. 112, 251102 (2014), arXiv:1312.3622 [gr-qc] .
  67. A. A. H. Graham and R. Jha, Phys. Rev. D 89, 084056 (2014), [Erratum: Phys.Rev.D 92, 069901 (2015)], arXiv:1401.8203 [gr-qc] .
  68. C. M. Will and H. W. Zaglauer, Astrophys. J. 346, 366 (1989).
  69. T. Damour and G. Esposito-Farese, Class. Quant. Grav. 9, 2093 (1992).
  70. L. Bernard, Phys. Rev. D 98, 044004 (2018), arXiv:1802.10201 [gr-qc] .
  71. M. Armano et al., Phys. Rev. Lett. 116, 231101 (2016).
  72. W. R. Inc., “Mathematica, Version 13.2,” Champaign, IL, 2022.
Citations (2)
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Generate Text Spark Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Paper Prompts

Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.

Dice Question Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Follow-up Questions

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Don't miss out on important new AI/ML research

See which papers are being discussed right now on X, Reddit, and more:

“Emergent Mind helps me see which AI papers have caught fire online.”

Philip

Philip

Creator, AI Explained on YouTube