Q-ball (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Q-ball

Un Q-ball es una solución solitónica no topológica que aparece en teorías de campos escalares con una simetría global U(1) y cuyo comportamiento puede describirse como una cuasipartícula compuesta de un campo que oscila coherentemente y está estabilizado por una carga conservada $Q$.

Sus propiedades fundamentales son:

• Naturaleza no topológica: su estabilidad no proviene de una carga topológica, sino de la existencia de una carga global conservada asociada a la simetría U(1).

• Configuración coherente: consiste en un campo escalar con amplitud espacialmente localizada que oscila periódicamente en el tiempo con una frecuencia fija, mientras mantiene su forma espacial.

• Minimización de energía: el Q-ball se forma porque, para un valor dado de la carga $Q$, la energía total de esta configuración es menor que la energía de un conjunto disperso de quanta del mismo campo.

• Condición de existencia: requiere un potencial escalar no lineal que permita que la energía por unidad de carga sea mínima para una configuración colectivamente excitada y no para quanta individuales.

• Localización espacial: presenta un perfil de densidad bien definido, con un núcleo donde la amplitud del campo es elevada y una región periférica donde decae exponencialmente.

• Relevancia teórica: desempeña un papel en modelos de cosmología temprana, materia oscura exótica y supersimetría, donde pueden surgir como estados cuasipersistentes de campos escalares.

• Longevidad: puede mostrar estabilidad prolongada en escalas cósmicas si la desintegración en partículas ordinarias se encuentra suprimida por conservación de la carga.

El Q-ball constituye, en consecuencia, una excitación colectiva autoestable de un campo escalar cargado, mantenida por la conservación de una carga global y descrita como un solitón no topológico de energía mínima para un valor dado de dicha carga.